Sistema de propulsión anaeróbica. Planta de propulsión anaeróbica

El motor Stirling, cuyo principio de funcionamiento es cualitativamente diferente del motor de combustión interna habitual, alguna vez fue un digno competidor de este último. Sin embargo, durante algún tiempo se olvidaron de él. Cómo se usa este motor hoy en día, cuál es el principio de su funcionamiento (en el artículo también puede encontrar dibujos del motor Stirling que demuestran claramente su funcionamiento) y cuáles son las perspectivas de uso en el futuro, lea a continuación.

Historia

En 1816, Robert Stirling patentó en Escocia lo que hoy lleva el nombre de su inventor. Los primeros motores de aire caliente se inventaron incluso antes que él. Pero Stirling añadió al dispositivo un purificador, que en la literatura técnica se llama regenerador o intercambiador de calor. Gracias a ello, el rendimiento del motor aumentó mientras se mantenía caliente la unidad.

La máquina fue reconocida como la máquina de vapor más duradera disponible en ese momento, ya que nunca explotó. Antes de esto, este problema ocurría a menudo en otros motores. A pesar de su rápido éxito, su desarrollo fue abandonado a principios del siglo XX, al volverse menos económico en comparación con otros motores de combustión interna y motores eléctricos que aparecieron en aquella época. Sin embargo, Stirling todavía se siguió utilizando en algunas industrias.

Motor de combustión externa

El principio de funcionamiento de todos los motores térmicos es que para producir gas en estado expandido se requieren mayores fuerzas mecánicas que cuando se comprime uno frío. Para demostrarlo claramente, puedes realizar un experimento con dos cacerolas llenas de agua fría y caliente, así como una botella. Este último se sumerge en agua fría, se tapa con un tapón y luego se transfiere a agua caliente. En este caso, el gas de la botella comenzará a realizar un trabajo mecánico y expulsará el corcho. El primer motor de combustión externa se basó íntegramente en este proceso. Sin embargo, más tarde el inventor se dio cuenta de que parte del calor se podía utilizar para calentar. Así, la productividad ha aumentado significativamente. Pero ni siquiera esto ayudó a que el motor se generalizara.

Posteriormente, Erickson, un ingeniero sueco, mejoró el diseño proponiendo enfriar y calentar el gas a presión constante en lugar de volumen. Como resultado, muchas copias comenzaron a utilizarse para trabajar en minas, barcos e imprentas. Pero resultaron ser demasiado pesados ​​para las tripulaciones.

Motores de combustión externa de Philips

Los motores similares son de los siguientes tipos:

• vapor;
• turbina de vapor;
• Stirling.

Este último tipo no se desarrolló debido a la baja confiabilidad y otros indicadores de rendimiento que no son los más altos en comparación con otros tipos de unidades que aparecieron. Sin embargo, Philips reanudó sus operaciones en 1938. Los motores comenzaron a utilizarse para accionar generadores en zonas no electrificadas. En 1945, los ingenieros de la empresa les encontraron el uso opuesto: si el eje es accionado por un motor eléctrico, la refrigeración de la culata alcanza los -190 grados centígrados. Luego se decidió utilizar un motor Stirling mejorado en las unidades de refrigeración.

Principio de funcionamiento

El motor opera en ciclos termodinámicos, en los que la compresión y la expansión ocurren a diferentes temperaturas. En este caso, la regulación del flujo del fluido de trabajo se realiza cambiando el volumen (o la presión, según el modelo). Este es el principio de funcionamiento de la mayoría de estas máquinas, que pueden tener diferentes funciones y diseños. Los motores pueden ser de pistón o rotativos. Las máquinas con sus instalaciones funcionan como bombas de calor, frigoríficos, generadores de presión, etc.

Además, existen motores de ciclo abierto, donde el control de flujo se realiza a través de válvulas. Se denominan motores Erickson, además del nombre común Stirling. En un motor de combustión interna, el trabajo útil se realiza después de la compresión preliminar del aire, la inyección de combustible, el calentamiento de la mezcla resultante mezclada con la combustión y la expansión.

El motor Stirling funciona según el mismo principio: la compresión se produce a bajas temperaturas y la expansión a altas temperaturas. Pero el calentamiento se realiza de otra manera: el calor se suministra a través de la pared del cilindro desde el exterior. Por eso recibió el nombre de motor de combustión externa. Stirling utilizó cambios periódicos de temperatura con un pistón de desplazamiento. Este último mueve el gas de una cavidad del cilindro a otra. Por un lado, la temperatura es constantemente baja y, por otro, alta. Cuando el pistón sube, el gas pasa de la cavidad caliente a la fría y hacia abajo regresa a la caliente. Primero, el gas da mucho calor al frigorífico y luego del calentador recibe la misma cantidad que dio. Entre el calentador y el refrigerador se coloca un regenerador, una cavidad llena de material a la que el gas desprende calor. Cuando el flujo se invierte, el regenerador lo devuelve.

El sistema de desplazamiento está conectado a un pistón de trabajo, que comprime el gas cuando está frío y permite que se expanda cuando está caliente. Debido a la compresión a una temperatura más baja, se produce un trabajo útil. Todo el sistema pasa por cuatro ciclos con movimientos intermitentes. El mecanismo de manivela garantiza la continuidad. Por lo tanto, no existen límites definidos entre las etapas del ciclo y Stirling no disminuye.

Teniendo en cuenta todo lo anterior, se llega a la conclusión de que este motor es una máquina de pistón con suministro de calor externo, donde el fluido de trabajo no sale del espacio cerrado y no se reemplaza. Los dibujos del motor Stirling ilustran bien el dispositivo y el principio de su funcionamiento.

Detalles del trabajo

El sol, la electricidad, la energía nuclear o cualquier otra fuente de calor pueden suministrar energía al motor Stirling. El principio de funcionamiento de su cuerpo es utilizar helio, hidrógeno o aire. Un ciclo ideal tiene una eficiencia térmica máxima posible del treinta al cuarenta por ciento. Pero con un regenerador eficaz, podrá funcionar con mayor eficiencia. La regeneración, la calefacción y la refrigeración se realizan mediante intercambiadores de calor integrados que funcionan sin aceites. Cabe señalar que el motor requiere muy poca lubricación. La presión media en el cilindro suele ser de 10 a 20 MPa. Por lo tanto, se requiere un excelente sistema de sellado y la capacidad de hacer llegar aceite a las cavidades de trabajo.

Características comparativas

La mayoría de los motores de este tipo que funcionan hoy en día utilizan combustible líquido. Al mismo tiempo, la presión continua es fácil de controlar, lo que ayuda a reducir las emisiones. La ausencia de válvulas garantiza un funcionamiento silencioso. La potencia y el peso son comparables a los de los motores turboalimentados y la potencia específica obtenida en la salida es igual a la de una unidad diésel. La velocidad y el par son independientes entre sí.

Los costes de producción de un motor son mucho más elevados que los de un motor de combustión interna. Pero durante el funcionamiento ocurre lo contrario.

Ventajas

Cualquier modelo de motor Stirling tiene muchas ventajas:

• La eficiencia con un diseño moderno puede alcanzar hasta el setenta por ciento.
• El motor no tiene sistema de encendido de alto voltaje, árbol de levas ni válvulas. No será necesario ajustarlo durante toda su vida útil.
• Los Stirling no tienen la misma explosión que en un motor de combustión interna, que carga mucho el cigüeñal, los cojinetes y las bielas.
• No tienen el mismo efecto cuando dicen que “el motor se ha calado”.
• Debido a la simplicidad del dispositivo, se puede utilizar durante mucho tiempo.
• Puede funcionar con leña, nuclear o cualquier otro tipo de combustible.
• La combustión se produce fuera del motor.

Defectos

Solicitud

Actualmente, el motor Stirling con generador se utiliza en muchos campos. Es una fuente universal de energía eléctrica en refrigeradores, bombas, submarinos y plantas de energía solar. Es gracias al uso de diferentes tipos de combustible que es posible utilizarlo ampliamente.

Renacimiento

Estos motores comenzaron a desarrollarse nuevamente gracias a Philips. A mediados del siglo XX, General Motors firmó un acuerdo con ella. Lideró el desarrollo del uso de Stirlings en dispositivos espaciales y submarinos, en barcos y automóviles. Después de ellos, otra empresa de Suecia, United Stirling, comenzó a desarrollarlos, incluido su posible uso en

Hoy en día, el motor lineal Stirling se utiliza en instalaciones de vehículos submarinos, espaciales y solares. Suscita gran interés debido a la relevancia de las cuestiones de degradación ambiental, así como la lucha contra el ruido. En Canadá y Estados Unidos, Alemania y Francia, así como en Japón, se están realizando búsquedas activas para desarrollar y mejorar su uso.

Futuro

Las evidentes ventajas que tienen los motores de pistón y Stirling, consistentes en una larga vida útil, el uso de diferentes combustibles, el silencio y la baja toxicidad, lo hacen muy prometedor en comparación con el motor de combustión interna. Sin embargo, dado que el motor de combustión interna ha ido mejorando a lo largo del tiempo, no se puede desplazar fácilmente. De una forma u otra, es precisamente este motor el que hoy ocupa una posición de liderazgo y no tengo intención de renunciar a él en un futuro próximo.

", El "Centro Científico Krylov" de la Empresa Unitaria del Estado Federal (FSUE) informó que la creación del primer submarino con una planta de energía anaeróbica, es decir, independiente del aire (VNEU), conducirá a un avance tecnológico significativo en la construcción naval.

Se ha creado la base científica y técnica para instalaciones independientes del aire. Se ha desarrollado una unidad de reformado con vapor con un generador electroquímico basado en elementos sólidos. Se ha creado su diseño industrial. Entre las tecnologías fundamentales, implementa la producción de hidrógeno a partir de combustible diesel, la creación de un generador electroquímico que extrae corriente eléctrica del hidrógeno y la eliminación de residuos del primer ciclo. Es decir, el CO2 resultante durante la reacción. Este problema aún está por resolverse, pero con la financiación adecuada se solucionará.

- dijo el director ejecutivo de dicha empresa, Mikhail Zagorodnikov.

En primer lugar, VNEU elimina la necesidad de que el barco salga a la superficie para recargar las baterías y reponer el suministro de aire necesario para operar los generadores diésel bajo el agua.

Como se indicó, en la actualidad los alemanes han logrado los mayores avances en el desarrollo de VNEU, habiendo creado. En 2014, la DCNS francesa informó de sus éxitos en este sentido, habiendo equipado un submarino de clase Scorpene con la instalación en cuestión. El diseño de submarino más grande de la compañía, buscado por la Armada australiana, es el SMX Ocean (también conocido como Shortfin Barracuda). En India, se está desarrollando VNEU para embarcaciones del tipo Kalvari (basado en Scorpene).

A diferencia de la experiencia extranjera antes mencionada, el VNEU ruso implica un método de funcionamiento completamente diferente: el hidrógeno no se transporta a bordo, sino que se obtiene directamente en la instalación reformando el combustible diésel.

El experto en el campo de las armas navales, Vladimir Shcherbakov, cree que los submarinos con VNEU permiten operar con éxito en aguas estrictamente controladas por el enemigo.

La capacidad de no flotar es importante cuando las fuerzas antisubmarinas enemigas operan activamente. Baste recordar lo fácil que fueron nuestros barcos para los alemanes en el Báltico durante la Gran Guerra Patria. Una situación similar surgió para los submarinistas alemanes en el Atlántico Norte hacia el final de la guerra.

En su opinión, barcos de este tipo tienen un alto potencial exportador, especialmente en países que no cuentan con una flota de submarinos nucleares. Para Rusia, en esta etapa, basta con limitarse a un par de barcos del proyecto Lada para probar tecnologías y formar especialistas.

Los Varshavyankas en serie bien desarrollados ahora son bastante capaces de proteger bases y costas de los barcos nucleares enemigos.

Actualmente, se están construyendo los Astilleros del Almirantazgo en San Petersburgo: Kronstadt y Velikiye Luki. El submarino líder de este proyecto, el San Petersburgo, se encuentra en operación de prueba en la Flota del Norte. Aún no cuenta con una planta de energía anaeróbica.

Render del submarino del proyecto Amur-950 con planta de energía anaeróbica

CDB MT "Rubín"

La prometedora central anaeróbica rusa, que se prevé instalar en el submarino experimental del Proyecto 677 Lada y en el nuevo submarino no nuclear del proyecto Kalina, recibirá una batería de doble capacidad. Como escribe Mil.Press FlotProm, la potencia eléctrica de la batería mejorada será de cien kilovatios en lugar de 50 del modelo actual. Está previsto que el desarrollo y las pruebas de una nueva batería para centrales eléctricas anaeróbicas de submarinos concluyan en 2020.

Los submarinos diésel-eléctricos modernos tienen varias ventajas sobre los submarinos nucleares más grandes. Una de las principales ventajas es el silencio casi total del movimiento en posición sumergida, ya que en este caso sólo los silenciosos motores eléctricos alimentados por baterías son responsables del movimiento del barco. Estas baterías se recargan mediante generadores diésel en la superficie o a una profundidad desde la que es posible instalar un snorkel, un tubo especial a través del cual se puede suministrar aire a los generadores.

Las desventajas de los submarinos diésel-eléctricos convencionales incluyen el tiempo relativamente corto que el barco puede pasar bajo el agua. En el mejor de los casos, puede llegar a tres semanas (a modo de comparación, para los submarinos nucleares esta cifra es de 60 a 90 días), después de lo cual el submarino tendrá que salir a la superficie y poner en marcha los generadores diésel. Una planta de energía anaeróbica, que no requiere aire exterior para funcionar, permitirá que un submarino no nuclear permanezca sumergido por mucho más tiempo. Por ejemplo, un submarino del proyecto Lada con una instalación de este tipo puede permanecer bajo el agua durante 45 días.

Una prometedora central anaeróbica rusa utilizará hidrógeno altamente purificado para su funcionamiento. Este gas se producirá a bordo del barco a partir de combustible diésel mediante reformado, es decir, convirtiendo el combustible en gas que contiene hidrógeno e hidrocarburos aromáticos, que luego pasará por una unidad de separación de hidrógeno. Luego, el hidrógeno se introducirá en pilas de combustible de hidrógeno y oxígeno, donde se generará electricidad para los motores y los sistemas a bordo.

Batería BTE-50K-E en un banco de pruebas

Centro científico estatal de Krylov

La batería, también llamada generador electroquímico, está siendo desarrollada por el Instituto Central de Investigación de Ingeniería y Tecnología Eléctrica de Buques. Esta batería, que produce electricidad mediante la reacción de hidrógeno y oxígeno, se llama BTE-50K-E. Su potencia es de 50 kilovatios. La potencia de la batería mejorada será de cien kilovatios. La nueva batería formará parte de los módulos de potencia de prometedores submarinos no nucleares con una capacidad de 250 a 450 kilovatios.

Además de los propios elementos electroquímicos, también llamados pilas de combustible de hidrógeno, dichos módulos incluirán convertidores de combustible de hidrocarburos. Es en ellos donde tendrá lugar el proceso de reformado del combustible diésel. Como dijo a Mil.Press FlotProm uno de los desarrolladores de la nueva batería, el convertidor de combustible de hidrocarburos se encuentra actualmente en desarrollo. Ya se informó anteriormente que el desarrollo de una central anaeróbica para submarinos está previsto finalizar a finales de 2018.

En febrero pasado, investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia anunciaron el desarrollo de una unidad alternativa compacta de cuatro tiempos para el reformado catalítico de la producción de metano e hidrógeno. Las nuevas instalaciones se pueden combinar en cadena, aumentando así el rendimiento de hidrógeno. La instalación es bastante compacta y no requiere un calentamiento intenso. El reactor funciona con un ciclo de cuatro tiempos. Durante la primera carrera, el metano mezclado con vapor ingresa al cilindro a través de válvulas. Al mismo tiempo, el pistón del cilindro desciende suavemente. Una vez que el pistón alcanza el punto inferior, se corta el suministro de mezcla.

En la segunda carrera, el pistón sube, comprimiendo la mezcla. Al mismo tiempo, el cilindro se calienta a 400 grados centígrados. En condiciones de alta presión y calor, se produce el proceso de reformado. A medida que se libera hidrógeno, pasa a través de una membrana que detiene el dióxido de carbono que también se produce durante el reformado. El dióxido de carbono es absorbido por el material adsorbente mezclado con el catalizador.

En la tercera carrera, el pistón desciende a su posición más baja, lo que reduce drásticamente la presión en el cilindro. En este caso, se libera dióxido de carbono del material adsorbente. Luego comienza la cuarta carrera, durante la cual se abre la válvula del cilindro y el pistón comienza a subir nuevamente. Durante el cuarto golpe, el dióxido de carbono se expulsa del cilindro a la atmósfera. Después del cuarto tiempo el ciclo comienza de nuevo.

Vasili Sychev

“Revisión militar extranjera” No. 6. 2004. (págs. 59-63)

Capitán de primer rango N. SERGEEV,

capitán de primer rango I. YAKOVLEV,

capitán de tercer rango S. IVANOV

Los submarinos con una central eléctrica diésel-eléctrica (EP) tradicional son un medio bastante eficaz para resolver determinadas tareas y tienen una serie de ventajas sobre los submarinos, especialmente cuando operan en zonas costeras y poco profundas. Estas ventajas incluyen bajos niveles de ruido, alta maniobrabilidad a bajas velocidades y una potencia de ataque comparable a la de los submarinos. Además, la inclusión de submarinos no nucleares en la Armada se debe en gran medida al bajo coste de su creación y operación. Al mismo tiempo, tienen una serie de desventajas, en particular, un tiempo limitado de permanencia en posición sumergida debido a la pequeña cantidad de energía almacenada en la batería. Para cargar la batería, el submarino se ve obligado a salir a la superficie o utilizar el modo de funcionamiento diésel submarino (RDS), lo que aumenta la probabilidad de su detección por medios radar, infrarrojos, óptico-electrónicos y acústicos. La relación entre el tiempo de navegación según el RDP necesario para cargar las baterías y el período de descarga de las mismas se denomina "grado de negligencia".

Hay varias direcciones para aumentar el alcance de crucero bajo el agua, la principal de las cuales son los desarrollos científicos, técnicos y tecnológicos para mejorar la potencia tradicional de los submarinos no nucleares y sus componentes. Sin embargo, en las condiciones modernas, la implementación de esta dirección no puede resolver completamente el problema principal. La salida a esta situación, según los expertos extranjeros, es utilizar en el submarino una central eléctrica independiente del aire (VNEU), que pueda servir como auxiliar.

Los exitosos resultados obtenidos en el curso del trabajo sobre este tema permitieron equipar los VNEU auxiliares de nueva construcción y modernizar los submarinos diesel-eléctricos en funcionamiento. Estos últimos tienen un compartimento adicional cortado en un cuerpo duradero, que contiene la propia central eléctrica, tanques para almacenar combustible y oxidante, tanques para reemplazar la masa de reactivos consumibles, mecanismos y equipos auxiliares, así como dispositivos de monitoreo y control. En el futuro, está previsto utilizar VNEU en submarinos como el principal.

Actualmente, existen cuatro tipos principales de centrales eléctricas independientes del aire: motor diésel de ciclo cerrado (CLD), motor Stirling (DS), pilas de combustible o generador electroquímico (ECG) y planta de turbina de vapor de ciclo cerrado.

Los principales requisitos para VNEU incluyen los siguientes: bajo nivel de ruido, baja generación de calor, características de peso y tamaño aceptables, simplicidad y seguridad de operación, larga vida útil y bajo costo, la capacidad de utilizar la infraestructura costera existente. Estos requisitos se satisfacen en gran medida mediante centrales eléctricas auxiliares con motor Stirling, ECG y turbina de vapor de ciclo cerrado. Por lo tanto, las armadas de varios países están trabajando activamente en su aplicación práctica en submarinos no nucleares.

Central eléctrica con motor Stirling. La empresa sueca Kokums Marine AB inició su desarrollo en 1982 por encargo del gobierno. Inicialmente, los expertos consideraron el VNEU con un motor Stirling como auxiliar, trabajando en conjunto con una central eléctrica diésel-eléctrica tradicional (DEPU). Sus estudios demostraron que una nueva instalación, creada como la principal (sin utilizar un DEPP tradicional), sería demasiado costosa de producir y los requisitos técnicos para una central eléctrica submarina serían difíciles de cumplir.

La Marina Real Sueca eligió el VNEU con motor Stirling por varias razones: alta densidad de potencia, bajo nivel de ruido, sofisticadas tecnologías de producción de motores diésel, confiabilidad y facilidad de operación.

La alta potencia específica del motor diésel se consigue quemando combustible diésel en combinación con oxígeno en la cámara de combustión. En el submarino, el suministro necesario de oxígeno se almacena en estado líquido, que es proporcionado por modernas tecnologías criogénicas.

El motor Stirling es un motor de combustión externa. El principio de su funcionamiento implica el aprovechamiento del calor generado por una fuente externa y su suministro a un fluido de trabajo ubicado en un circuito cerrado. La CC convierte el calor producido por una fuente externa en energía mecánica, que luego el generador convierte en corriente continua. El regenerador, que forma parte del circuito cerrado de funcionamiento del motor, toma la energía térmica generada tras su expansión del fluido de trabajo y la devuelve al ciclo cuando el gas cambia de dirección.

DS utiliza pistones de doble efecto. El espacio encima del pistón es la cavidad de expansión y el espacio debajo del pistón es la cavidad de compresión. La cavidad de compresión de cada cilindro está conectada por un canal externo a través de un refrigerador, regenerador y calentador a la cavidad de expansión del cilindro adyacente. La combinación requerida de fases de expansión y compresión se logra mediante un mecanismo de distribución basado en manivela. En la figura se muestra el diagrama esquemático del motor Stirling.

La energía térmica necesaria para el funcionamiento del motor diésel se genera en una cámara de combustión de alta presión quemando combustible diésel y oxígeno líquido. El oxígeno y el combustible diesel ingresan en una proporción de 4:1 a la cámara de combustión, donde se queman.

Para mantener la temperatura requerida durante el proceso de trabajo y garantizar una suficiente resistencia al calor de los materiales, en el diseño del DS se utiliza un sistema especial de recirculación de gas (GRC). Este sistema está diseñado

para diluir el oxígeno puro que ingresa a la cámara de combustión con los gases formados durante la combustión de la mezcla de combustible.

Cuando un motor Stirling funciona, algunos de los gases de escape se expulsan por la borda, lo que puede provocar la formación de un rastro de burbujas. Esto se debe a que el proceso de combustión en los motores diésel se produce con un gran exceso de oxígeno no utilizado, que no se puede separar de los gases de escape. Para reducir la cantidad de burbujas que se forman cuando los gases de escape se disuelven en agua de mar, se utiliza un absorbente en el que se mezclan gases y agua. En este caso, los gases de escape se preenfrían en un intercambiador de calor especial de 800 a 25 °C. La presión de funcionamiento en la cámara de combustión permite eliminar los gases de escape a diferentes profundidades de inmersión del submarino, hasta la profundidad de trabajo, lo que no requiere el uso de un compresor especial con mayor ruido para estos fines.

Dado que el proceso de suministro de calor externo va inevitablemente acompañado de pérdidas de calor adicionales, la eficiencia de un motor diésel es menor que la de un motor diésel. La mayor corrosión no permite el uso de combustible diesel convencional en motores diesel. Se requiere combustible con bajo contenido de azufre.

Para el programa sueco se adoptó un DS tipo V4-275 de United Sterling. Es un motor de cuatro cilindros (el volumen de trabajo de cada cilindro es de 275 cm3). Los cilindros están dispuestos en forma de V para reducir el ruido y la vibración. La presión de funcionamiento en la cámara de combustión del motor es de 2 MPa, lo que garantiza su uso en profundidades de inmersión submarinas de hasta 200 m. Para operar el motor a grandes profundidades se requiere la compresión de los gases de escape, lo que requerirá un consumo de energía adicional para eliminarlos. gases de escape y provocará un aumento del nivel de ruido.

La primera central eléctrica basada en el DS estaba equipada con un submarino de clase Näkken, botado tras su modernización en 1988. El motor Stirling, los tanques para almacenar combustible diesel, oxígeno líquido y equipos auxiliares se colocaron en una sección adicional con flotabilidad cero, incrustada en el duradero casco del submarino. Debido a esto, la eslora del barco aumentó en un 10 por ciento, lo que afectó levemente el cambio en su maniobrabilidad.

Dos DS tipo V4-275R funcionan con generadores de CC con una potencia de 75 kW cada uno. Los motores están colocados en módulos aislantes del ruido sobre estructuras aislantes de vibraciones con absorción de impactos de dos etapas. Como han demostrado las pruebas, el DS es capaz de generar la cantidad suficiente de electricidad necesaria para alimentar los sistemas a bordo del submarino, garantizar la recarga de la batería e impulsar el barco a velocidades de hasta 4 nudos. Para alcanzar velocidades más altas y alimentar el motor eléctrico de la hélice principal, está previsto utilizar el motor junto con la batería.

Gracias al uso de una central eléctrica combinada, el tiempo de navegación en posición sumergida aumentó de 3 a 5 a 14 días y la velocidad de patrulla aumentó de 3 a 6 nudos. Como resultado, el secreto del submarino aumentó.

Según los expertos suecos, el motor Stirling ha demostrado una alta fiabilidad y facilidad de mantenimiento en condiciones de barco. Su emisión sonora no supera el ruido de un motor eléctrico de propulsión y es entre 20 y 25 dB inferior a la de un motor diésel equivalente.

La Armada sueca equipa el submarino de clase Gotland con este VNEU auxiliar. El contrato para la construcción de tres submarinos de este tipo fue firmado por el gobierno del país con la empresa Kokums en marzo de 1990. El primer submarino de esta serie, el "Gotland", se puso en servicio en 1996, los dos siguientes, el "Apland" y el "Halland", en 1997. Durante la modernización está previsto equipar los submarinos de la clase Västergotland con centrales eléctricas auxiliares de este tipo.

Según fuentes extranjeras, los submarinos suecos equipados con centrales eléctricas DS ya han mostrado buenos resultados en la práctica. En particular, durante los ejercicios se demostró la superioridad del submarino Halland sobre el submarino de la Armada española con una central eléctrica diesel-eléctrica tradicional, y sus características de rendimiento mejoradas se demostraron durante un viaje conjunto con submarinos nucleares de las Armadas estadounidense y francesa.

Central eléctrica con ECG. Un generador electroquímico es un dispositivo en el que la energía química de un combustible se convierte directamente en energía eléctrica. La base del ECG son las pilas de combustible (FC), en las que el proceso de generación de electricidad se produce durante la interacción del combustible y el oxidante, suministrados de forma continua y por separado a las FC. En principio, una pila de combustible es un tipo de pila galvánica. A diferencia de estas últimas, las pilas de combustible no se consumen, ya que los componentes activos se suministran de forma continua (combustible y oxidante).

Durante la investigación se probaron varios tipos de combustibles y oxidantes. Los mejores resultados se lograron mediante la reacción entre oxígeno e hidrógeno, como resultado de cuya interacción se genera energía eléctrica y agua.

La generación de corriente continua mediante la combustión en frío de hidrógeno y oxígeno se conoce desde hace mucho tiempo y se ha utilizado con éxito para generar electricidad en vehículos submarinos. Este principio de generación de electricidad no se utilizó en los submarinos hasta los años 1980. En PA, el oxígeno y el hidrógeno se almacenaron por separado en tanques duraderos a alta presión. Aunque los generadores electroquímicos son más eficientes que las baterías, su uso en submarinos se complicó por el hecho de que el suministro de reactivos de combustible almacenados en estado gaseoso no permitía la duración requerida del buceo.

La forma más óptima de almacenar oxígeno es en estado líquido (en forma criogénica, a una temperatura de 180 ° C), hidrógeno, en forma de hidruro metálico.

A mediados de los años 1980, el consorcio alemán GSC (Consorcio Alemán de Submarinos), formado por las empresas IKL (Ingenieurkontor Lubeck), HDW (Howaldtswerke Deutsche Werft AG) y FS (Ferrostaal), desarrolló y creó una instalación experimental de ECG en tierra con pilas de combustible de Siemens comprobará el funcionamiento conjunto de sus componentes: pilas de combustible, sistemas de almacenamiento de hidrógeno y oxígeno, tuberías, sistemas de control, así como la interacción del trabajo con una central eléctrica tradicional.

pl. El prototipo de ECG se diseñó estructuralmente de tal manera que, una vez finalizadas las pruebas, pudiera instalarse en un submarino en funcionamiento sin modificaciones. Los resultados de las pruebas en tierra demostraron que la central eléctrica con ECG se puede utilizar eficazmente en submarinos.

En 1989, en interés de la Armada alemana, se completó con éxito una serie de pruebas en el mar de nueve meses del submarino U-1 del Proyecto 205, equipado con un VNEU auxiliar con ECG en el astillero HDW. Como resultado, la dirección de este tipo de aviones abandonó la construcción adicional de submarinos con plantas de energía únicamente diesel-eléctricas y decidió utilizar unidades "híbridas" (DEPP como plantas de energía principales y auxiliares con ECG). Se pretende realizar más investigaciones para desarrollar este tipo de instalaciones con ECG como principal.

Estructuralmente, los ECH son módulos electroquímicos con membranas poliméricas (PEM). Todos los módulos se instalan en un solo marco y se pueden conectar en serie o en paralelo.

Los auxiliares en una central eléctrica con ECG son un sistema de refrigeración mediante agua de mar y un sistema de gases residuales. Este último garantiza la postcombustión del hidrógeno residual en el sistema de ventilación de la batería y el aprovechamiento del oxígeno residual para las necesidades a bordo. El sistema de control de la central eléctrica está integrado con el sistema de control de seguridad, cuyos monitores están ubicados en la sala de control central.

La conversión de energía en las pilas de combustible se produce de forma silenciosa. La central eléctrica no contiene unidades que realicen movimientos de rotación u oscilación. Tiene una baja generación de calor, por lo que no tiene un efecto significativo en la formación de campos físicos. El único sistema auxiliar con piezas giratorias es el sistema de refrigeración, pero no es tan ruidoso como para afectar en gran medida el nivel del campo acústico del submarino.

La activación inicial de las reacciones en las pilas de combustible no requiere mucha electricidad, por lo que el hidruro metálico almacenado en cilindros ubicados en el espacio de doble cara comienza a liberar hidrógeno y oxígeno almacenados en estado líquido en tanques criogénicos a prueba de golpes hechos de baja temperatura. -el acero magnético comienza a evaporarse.

Este tipo de central eléctrica es bastante eficiente, tiene una alta eficiencia, hasta el 70 por ciento, y en este indicador supera significativamente a otras centrales eléctricas independientes del aire. En el gráfico se muestran datos comparativos sobre la dependencia de la eficiencia de diferentes tipos de VNEU del nivel relativo de potencia de salida. El proceso de conversión de energía se produce a bajas temperaturas de funcionamiento (60-90 °C). Para mantener el proceso electroquímico iniciado inicialmente, se requiere que el sistema genere una pequeña cantidad de calor durante el funcionamiento. Parte del calor generado por la CE se puede utilizar para fines domésticos, como la calefacción. La cantidad de calor que es necesario eliminar de la instalación es pequeña, por lo que el enfriamiento forzado de la central eléctrica con agua de mar no requiere mucho tiempo (hasta un día de funcionamiento). El agua producida por la reacción se puede utilizar para beber después de un tratamiento adecuado.

La combinación de elementos combustibles compactos conectados en serie permite obtener cualquier voltaje requerido. La regulación de voltaje se logra cambiando el número de placas en las unidades de pila de combustible. La mayor potencia se puede lograr conectando estos elementos en serie.

El funcionamiento de la unidad de ECG no depende de la profundidad de inmersión del submarino. La electricidad generada por dicha central eléctrica va directamente al cuadro de distribución principal del barco. 65 por ciento se gasta en movimiento y necesidades del barco, el 30 por ciento. - para el sistema de refrigeración y el sistema de gases residuales de la central eléctrica, el 5 por ciento. - para equipamiento adicional de la central eléctrica. La central eléctrica auxiliar puede funcionar tanto en paralelo con la batería, proporcionando propulsión eléctrica al submarino y suministro de energía a otros consumidores, como para recargar la batería.

Está previsto equipar con una central eléctrica auxiliar con ECG cuatro y dos submarinos tipo 212A, que se están construyendo para las armadas alemana e italiana, respectivamente, así como una versión de exportación del barco tipo 214 para Grecia y la República de Corea. marinas.

Dos submarinos de la primera subserie de barcos del tipo 212A para la Armada alemana están equipados con una central eléctrica auxiliar con ECG de una potencia nominal de unos 300 kW con nueve pilas de combustible de 34 kW cada una. Está previsto que los barcos de la segunda subserie estén equipados con dos pilas de combustible de 120 kW. Tendrán casi las mismas características de peso y tamaño que las pilas de combustible de 34 kW, pero al mismo tiempo su eficiencia aumentará 4 veces. El submarino Tipo 212A podrá permanecer sumergido durante aproximadamente dos semanas. La potencia nominal de esta instalación le permitirá alcanzar una velocidad de hasta 8 nudos sin necesidad de utilizar batería.

El diseño modular de las centrales eléctricas basadas en pilas de combustible no sólo facilita su instalación en submarinos en construcción, sino que también permite equiparlas con otras construidas anteriormente, incluso aquellas que se construyeron bajo licencia en los astilleros de países importadores de submarinos alemanes.

Además, una central eléctrica de este tipo, según los expertos alemanes, se caracteriza por una alta capacidad de mantenimiento y una vida útil más larga.

Unidad de turbina de vapor de ciclo cerrado (STU). El PTU MESMA (Module d'Energie Sous-Marin Autonome), que funciona según un ciclo cerrado de Rankine, fue desarrollado por el departamento de construcción naval de la Armada francesa DCN para su venta a la exportación, en el que participan las empresas francesas Tecnicatom, Thermodyne, Air Liquid y otras. su producción, Bertin, así como el astillero Empresa Nacional Bazán (España).

MESMA es una instalación de dos circuitos. En el primer circuito, como resultado de la combustión de etanol en oxígeno, se forma un refrigerante (gas de vapor), que pasa por el recorrido del generador de vapor y desprende calor al agua que circula en el segundo circuito. El agua se convierte en vapor a alta presión, que hace girar una turbina de vapor conectada a un generador. El oxígeno se almacena a bordo del submarino en contenedores especiales en estado líquido. Los productos de la reacción de combustión son agua y gases de escape descargados por la borda. Esto puede provocar un aumento de la visibilidad de los submarinos.

La combustión en la cámara de combustión se produce a una presión de 6 MPa, por lo que la instalación puede funcionar a profundidades de hasta 600 m, por lo que no es necesario utilizar un compresor para eliminar los productos de combustión por la borda.

La eficiencia de una central eléctrica con turbina de vapor MESMA es del 20 por ciento, lo que se debe a grandes pérdidas durante la conversión múltiple de energía: combustión de combustible, producción de vapor sobrecalentado, generación de corriente trifásica y su posterior conversión a corriente continua.

Toda la instalación en su conjunto es bastante compacta y está montada en una sección de una carcasa duradera de 10 m de largo y 7,8 m de ancho. El oxígeno se almacena en estado licuado en cilindros montados sobre soportes amortiguadores especiales dentro de la duradera carcasa submarina en un posición vertical.

En septiembre de 1998 finalizaron las pruebas en banco de un prototipo de central eléctrica MESMA. En abril de 2000 se fabricó en el astillero de Cherburgo la primera central eléctrica para barcos, situada en una sección del casco de presión. Una vez finalizadas las pruebas de aceptación, el módulo con la central eléctrica debía ser enviado a Pakistán para equipar el submarino Ghazi del tipo Agosta 90B que se construye allí con licencia francesa. Este es el primer submarino de este tipo en el que se instalará una central eléctrica auxiliar independiente del aire durante la construcción. Está previsto equipar los otros dos submarinos, construidos anteriormente, con ellos más adelante, en el proceso de modernización y reparación.

El uso de centrales eléctricas auxiliares independientes del aire en submarinos no nucleares permitió mejorar sus características de rendimiento en términos de duración de la navegación submarina, lo que aumentó el sigilo de los barcos y amplió sus capacidades de combate. Además de los submarinos en construcción, los VNEU auxiliares pueden equiparse con submarinos diésel existentes en el proceso de modernización. Un mayor desarrollo de las tecnologías y la obtención sobre esta base de características cualitativamente nuevas del VNEU probablemente permitirán que los submarinos no nucleares resuelvan los problemas inherentes a los submarinos nucleares.

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es decir, a diferencia de un motor de combustión interna, donde el fluido de trabajo es simultáneamente combustible quemado dentro del cilindro, en Stirling el combustible se quema afuera, calienta el fluido de trabajo (aire) dentro del cilindro y luego, como de costumbre, la manivela, etc

En este artículo, no vi la característica principal real, la anaerobicidad, es decir, así como un motor de combustión interna necesita oxígeno para la combustión, en Stirling se utiliza el mismo proceso de combustión, es decir, todavía se necesita oxígeno.
la combustión simplemente se transfiere del interior al exterior y eso es todo. Bueno, Stirling también arde continuamente, y no de manera explosiva y pulsada, como en un motor de combustión interna, de ahí su silencio, lo cual es útil para un submarino. Pero esas son todas las ventajas.

Pensé que en lugar de combustión se utilizarían algunas otras reacciones químicas exotérmicas, por ejemplo, con la participación de agua en lugar de oxígeno, lo cual es lógico, en la tierra hay mucho oxígeno alrededor, bajo el agua hay propia agua.
No lo sé, echarlo dentro del cilindro o fuera de él, bueno, al menos cal viva, y echarle agua, convertir el calor generado en rotación.
¿Por qué declarar un motor anaeróbico y seguir usando oxígeno?

Además, si desarrollamos la idea, el proyecto utiliza un motor eléctrico como motor de propulsión principal, y Stirling solo será necesario para recargar las baterías, entonces, ¿no sería más fácil centrarse en los medios para producir EMF directamente a través de reacciones químicas? sin mecanica?
Esto me recordó cómo en verano, en una casa de campo sin electricidad, conecté un inversor 220 a la batería de un automóvil, a la que conecté bombillas de bajo consumo con LED de bajo voltaje. Entonces me di cuenta de que era una estupidez aumentar primero el voltaje de 12 a 220, y luego en la bombilla vuelve a disminuir, hice un LED de 12V casero y la batería empezó a durar el triple.

En la época soviética, en Podolsk se fabricaban baterías cargadas en seco, cuyas placas se prensaban con una composición correspondiente al estado de carga de una batería de plomo. Una batería de este tipo puede almacenarse en un almacén durante mucho tiempo y cargarse, luego el comprador vierte electrolito en ella e inmediatamente la coloca en el automóvil. Por ejemplo, cargar placas secas con electrolito en un submarino, que se consumen durante el movimiento y se reemplazan por otras nuevas, y luego se carga material nuevo, como combustible, en el muelle, y el usado se descarga y regenera en la fábrica para uno nuevo con carga seca. Todo. Sin doble conversión con la eficiencia de una locomotora de vapor, sin oxígeno, circuito verdaderamente anaeróbico.

Bueno, con una batería de plomo-ácido es solo una idea, puedes encontrar un proceso mucho más perfecto, por ejemplo con litio, esto es menos el peso y menos el ácido peligroso.