Système de propulsion anaérobie. Usine de propulsion anaérobie

Le moteur Stirling, dont le principe de fonctionnement est qualitativement différent du moteur à combustion interne habituel, constituait autrefois un digne concurrent de ce dernier. Cependant, pendant un certain temps, ils l'ont oublié. Comment ce moteur est utilisé aujourd'hui, quel est le principe de son fonctionnement (dans l'article vous pouvez également trouver des dessins du moteur Stirling, démontrant clairement son fonctionnement), et quelles sont les perspectives d'utilisation dans le futur, lisez ci-dessous.

Histoire

En 1816, en Écosse, Robert Stirling a breveté ce qui porte aujourd'hui le nom de son inventeur. Les premiers moteurs à air chaud ont été inventés avant lui. Mais Stirling a ajouté un purificateur à l'appareil, qui dans la littérature technique est appelé régénérateur ou échangeur de chaleur. Grâce à cela, les performances du moteur ont augmenté tout en gardant l'appareil au chaud.

La machine était reconnue comme la machine à vapeur la plus durable disponible à l’époque, puisqu’elle n’a jamais explosé. Avant cela, ce problème survenait souvent sur d'autres moteurs. Malgré son succès rapide, son développement fut abandonné au début du XXe siècle, car il devenait moins économique par rapport aux autres moteurs à combustion interne et aux moteurs électriques apparus à cette époque. Cependant, Stirling a continué à être utilisé dans certaines industries.

Moteur à combustion externe

Le principe de fonctionnement de tous les moteurs thermiques est que pour produire du gaz à l'état détendu, des forces mécaniques plus importantes sont nécessaires que lors de la compression d'un gaz froid. Pour le démontrer clairement, vous pouvez réaliser une expérience avec deux casseroles remplies d'eau froide et chaude, ainsi qu'une bouteille. Cette dernière est plongée dans l'eau froide, bouchée avec un bouchon, puis transférée dans l'eau chaude. Dans ce cas, le gaz dans la bouteille commencera à effectuer un travail mécanique et à faire sortir le bouchon. Le premier moteur à combustion externe reposait entièrement sur ce procédé. Cependant, plus tard, l'inventeur s'est rendu compte qu'une partie de la chaleur pouvait être utilisée pour le chauffage. Ainsi, la productivité a considérablement augmenté. Mais même cela n’a pas aidé le moteur à se généraliser.

Plus tard, Erickson, un ingénieur suédois, a amélioré la conception en proposant de refroidir et de chauffer le gaz à pression constante plutôt qu'à volume. En conséquence, de nombreux exemplaires ont commencé à être utilisés pour travailler dans les mines, sur les navires et dans les imprimeries. Mais ils se sont révélés trop lourds pour les équipages.

Moteurs à combustion externe de Philips

Les moteurs similaires sont des types suivants :

• vapeur;
• turbine à vapeur;
• Stirling.

Ce dernier type n'a pas été développé en raison de sa faible fiabilité et d'autres indicateurs de performance qui ne sont pas les plus élevés par rapport aux autres types d'unités apparues. Cependant, Philips reprit ses activités en 1938. Les moteurs ont commencé à être utilisés pour entraîner des générateurs dans des zones non électrifiées. En 1945, les ingénieurs de l'entreprise leur ont trouvé l'utilisation inverse : si l'arbre est entraîné par un moteur électrique, le refroidissement de la culasse atteint moins cent quatre-vingt-dix degrés Celsius. Ensuite, il a été décidé d'utiliser un moteur Stirling amélioré dans les unités de réfrigération.

Principe d'opération

Le moteur fonctionne selon des cycles thermodynamiques, dans lesquels la compression et la dilatation se produisent à différentes températures. Dans ce cas, la régulation du débit du fluide de travail est réalisée en raison d'un changement de volume (ou de pression - selon le modèle). C'est le principe de fonctionnement de la plupart de ces machines, qui peuvent avoir des fonctions et des conceptions différentes. Les moteurs peuvent être à pistons ou rotatifs. Les machines et leurs installations fonctionnent comme des pompes à chaleur, des réfrigérateurs, des générateurs de pression, etc.

De plus, il existe des moteurs à cycle ouvert, où le contrôle du débit est réalisé via des vannes. Ils sont appelés moteurs Erickson, en plus du nom commun Stirling. Dans un moteur à combustion interne, un travail utile est effectué après compression préalable de l'air, injection de carburant, chauffage du mélange obtenu mélangé à la combustion et à la détente.

Le moteur Stirling fonctionne sur le même principe : la compression se produit à basse température et la dilatation se produit à haute température. Mais le chauffage s'effectue différemment : la chaleur est apportée à travers la paroi du ballon depuis l'extérieur. C'est pourquoi il porte le nom de moteur à combustion externe. Stirling utilisait des changements de température périodiques avec un piston à déplacement. Ce dernier déplace le gaz d'une cavité du cylindre à une autre. D’une part, la température est constamment basse et, d’autre part, élevée. Lorsque le piston monte, le gaz passe de la cavité chaude à la cavité froide et retourne vers la cavité chaude. Premièrement, le gaz donne beaucoup de chaleur au réfrigérateur, puis du radiateur, il reçoit la même quantité qu'il a fournie. Un régénérateur est placé entre le radiateur et le réfrigérateur - une cavité remplie d'un matériau auquel le gaz dégage de la chaleur. Lorsque le flux s'inverse, le régénérateur le restitue.

Le système de déplacement est relié à un piston de travail, qui comprime le gaz à froid et lui permet de se dilater à chaud. Grâce à la compression à basse température, un travail utile se produit. L'ensemble du système passe par quatre cycles avec des mouvements intermittents. Le mécanisme à manivelle assure la continuité. Par conséquent, il n'y a pas de frontières nettes entre les étapes du cycle et Stirling ne diminue pas.

Compte tenu de tout ce qui précède, la conclusion s'impose que ce moteur est une machine à pistons avec apport de chaleur externe, où le fluide de travail ne quitte pas l'espace clos et n'est pas remplacé. Les dessins du moteur Stirling illustrent bien l'appareil et le principe de son fonctionnement.

Détails du travail

Le soleil, l'électricité, l'énergie nucléaire ou toute autre source de chaleur peuvent fournir de l'énergie au moteur Stirling. Le principe de fonctionnement de son organisme est d'utiliser de l'hélium, de l'hydrogène ou de l'air. Un cycle idéal a une efficacité thermique maximale possible de trente à quarante pour cent. Mais avec un régénérateur efficace, il pourra fonctionner avec une plus grande efficacité. La régénération, le chauffage et le refroidissement sont assurés par des échangeurs de chaleur intégrés fonctionnant sans huile. Il faut savoir que le moteur nécessite très peu de lubrification. La pression moyenne dans le cylindre est généralement de 10 à 20 MPa. Par conséquent, un excellent système d’étanchéité et la capacité de faire pénétrer l’huile dans les cavités de travail sont nécessaires.

Caractéristiques comparatives

La plupart des moteurs de ce type en fonctionnement aujourd'hui utilisent du carburant liquide. Dans le même temps, la pression continue est facile à contrôler, ce qui contribue à réduire les émissions. L'absence de vannes garantit un fonctionnement silencieux. La puissance et le poids sont comparables à ceux des moteurs turbocompressés, et la puissance spécifique obtenue en sortie est égale à celle d'un groupe diesel. La vitesse et le couple sont indépendants l'un de l'autre.

Les coûts de production d’un moteur sont bien plus élevés que ceux d’un moteur à combustion interne. Mais pendant le fonctionnement, c'est le contraire qui se produit.

Avantages

Tout modèle de moteur Stirling présente de nombreux avantages :

• L'efficacité avec un design moderne peut atteindre jusqu'à soixante-dix pour cent.
• Le moteur n'a pas de système d'allumage haute tension, d'arbre à cames ou de soupapes. Il n’aura pas besoin d’être ajusté pendant toute sa durée de vie.
• Les Stirlings n'ont pas la même explosion que dans un moteur à combustion interne, qui sollicite fortement le vilebrequin, les roulements et les bielles.
• Ils n’ont pas le même effet lorsqu’ils disent que « le moteur a calé ».
• En raison de la simplicité de l'appareil, il peut être utilisé pendant longtemps.
• Il peut fonctionner au bois, au nucléaire ou à tout autre type de combustible.
• La combustion se produit à l'extérieur du moteur.

Défauts

Application

Actuellement, le moteur Stirling avec générateur est utilisé dans de nombreux domaines. C'est une source universelle d'énergie électrique dans les réfrigérateurs, les pompes, les sous-marins et les centrales solaires. C’est grâce à l’utilisation de différents types de combustibles qu’il est possible de l’utiliser largement.

Renaissance

Ces moteurs ont recommencé à se développer grâce à Philips. Au milieu du XXe siècle, General Motors a conclu un accord avec elle. Elle a dirigé les développements pour l'utilisation des Stirlings dans les appareils spatiaux et sous-marins, sur les navires et les voitures. À leur suite, une autre société suédoise, United Stirling, a commencé à les développer, y compris leur utilisation possible dans

Aujourd'hui, le moteur Stirling linéaire est utilisé dans les installations de véhicules sous-marins, spatiaux et solaires. Il suscite un grand intérêt en raison de l'importance des questions de dégradation de l'environnement, ainsi que de la lutte contre le bruit. Au Canada et aux États-Unis, en Allemagne et en France, ainsi qu'au Japon, des recherches actives sont en cours pour développer et améliorer son utilisation.

Avenir

Les avantages évidents des moteurs à pistons et Stirling, consistant en une longue durée de vie, l'utilisation de différents carburants, le silence et une faible toxicité, les rendent très prometteurs par rapport au moteur à combustion interne. Cependant, étant donné que le moteur à combustion interne a été amélioré au fil du temps, il ne peut pas être facilement déplacé. D'une manière ou d'une autre, c'est précisément ce moteur qui occupe aujourd'hui une position de leader, et je n'ai pas l'intention d'y renoncer dans un avenir proche.

", L'Entreprise unitaire d'État fédérale (FSUE) "Centre scientifique Krylov" a rapporté que la création du premier sous-marin doté d'une centrale électrique anaérobie, c'est-à-dire indépendante de l'air (VNEU), conduirait à une avancée technologique significative dans la construction navale.

La base scientifique et technique pour des installations indépendantes de l'air a été créée. Une unité de vaporeformage dotée d'un générateur électrochimique à base d'éléments solides a été développée. Son design industriel a été créé. Parmi les technologies fondamentales, elle met en œuvre la production d'hydrogène à partir du carburant diesel, la création d'un générateur électrochimique qui extrait le courant électrique de l'hydrogène et l'élimination des déchets du premier cycle. C'est-à-dire le CO2 résultant pendant la réaction. Ce problème est encore en cours de finalisation, mais avec un financement adéquat, il sera résolu.

- a déclaré le directeur exécutif de ladite entreprise, Mikhaïl Zagorodnikov.

Tout d’abord, VNEU élimine la nécessité pour le navire de faire surface pour recharger les batteries et reconstituer l’approvisionnement en air nécessaire au fonctionnement des générateurs diesel sous l’eau.

Comme indiqué, à l'heure actuelle, ce sont les Allemands qui ont fait les plus grands progrès dans le développement du VNEU, après l'avoir créé. En 2014, la société française DCNS a fait état de ses succès dans ce sens, en équipant un sous-marin de la classe Scorpène de l'installation en question. Le plus grand modèle de sous-marin de la société, recherché par la marine australienne, est le SMX Ocean (alias Shortfin Barracuda). En Inde, VNEU est en cours de développement pour les bateaux de type Kalvari (basés sur Scorpène).

Contrairement à l'expérience étrangère mentionnée ci-dessus, le VNEU russe implique un mode de fonctionnement complètement différent : l'hydrogène n'est pas transporté à bord, mais est obtenu directement dans l'installation par reformage du carburant diesel.

Vladimir Shcherbakov, expert dans le domaine des armes navales, estime que les sous-marins équipés du VNEU permettent d'opérer avec succès dans des eaux étroitement contrôlées par l'ennemi.

La capacité de ne pas flotter est importante là où les forces anti-sous-marines ennemies opèrent activement. Il suffit de rappeler à quel point nos bateaux étaient des proies faciles pour les Allemands dans la Baltique pendant la Grande Guerre patriotique. Une situation similaire s’est produite pour les sous-mariniers allemands dans l’Atlantique Nord vers la fin de la guerre.

Selon lui, les bateaux de ce type ont un potentiel d'exportation élevé, notamment dans les pays qui ne disposent pas de flotte de sous-marins nucléaires. Pour la Russie, estime-t-il, il suffit à ce stade de se limiter à quelques bateaux du projet Lada pour tester les technologies et former des spécialistes.

Les Varshavyankas en série bien développés sont désormais tout à fait capables de protéger les bases et les côtes des bateaux nucléaires ennemis.

Actuellement, les chantiers navals de l'Amirauté à Saint-Pétersbourg construisent : Kronstadt et Velikiye Luki. Le sous-marin principal de ce projet, le Saint-Pétersbourg, fait l'objet d'essais au sein de la Flotte du Nord. Elle ne dispose pas encore de centrale anaérobie.

Rendu du sous-marin du projet Amur-950 avec une centrale anaérobie

CDB MT "Rubin"

La prometteuse centrale anaérobie russe, qui devrait être installée sur le sous-marin expérimental du projet 677 Lada et le nouveau sous-marin non nucléaire du projet Kalina, recevra une batterie de double capacité. Comme l'écrit Mil.Press FlotProm, la puissance électrique de la batterie améliorée sera de cent kilowatts au lieu de 50 pour le modèle actuel. Le développement et les tests d'une nouvelle batterie pour les centrales anaérobies des sous-marins devraient être achevés d'ici 2020.

Les sous-marins diesel-électriques modernes présentent plusieurs avantages par rapport aux plus gros sous-marins nucléaires. L'un des principaux avantages est le silence presque total du mouvement en position immergée, puisque dans ce cas, seuls des moteurs électriques silencieux alimentés par des batteries sont responsables du mouvement du navire. Ces batteries sont rechargées à partir de générateurs diesel en surface ou à une profondeur à partir de laquelle il est possible d'installer un tuba, un tuyau spécial par lequel de l'air peut être fourni aux générateurs.

Les inconvénients des sous-marins diesel-électriques conventionnels incluent le temps relativement court que le navire peut passer sous l'eau. Dans le meilleur des cas, cela peut atteindre trois semaines (à titre de comparaison, pour les sous-marins nucléaires, ce chiffre est de 60 à 90 jours), après quoi le sous-marin devra faire surface et démarrer les générateurs diesel. Une centrale anaérobie, qui ne nécessite pas d’air extérieur pour fonctionner, permettra à un sous-marin non nucléaire de rester immergé beaucoup plus longtemps. Par exemple, un sous-marin du projet Lada doté d'une telle installation peut rester sous l'eau pendant 45 jours.

Une centrale électrique anaérobie russe prometteuse utilisera de l’hydrogène hautement purifié pour fonctionner. Ce gaz sera produit à bord du navire à partir du carburant diesel par reformage, c'est-à-dire conversion du carburant en gaz contenant de l'hydrogène et en hydrocarbures aromatiques, qui passeront ensuite par une unité de séparation de l'hydrogène. L’hydrogène sera ensuite injecté dans des piles à combustible hydrogène-oxygène, où de l’électricité sera produite pour les moteurs et les systèmes embarqués.

Batterie BTE-50K-E sur banc de test

Centre scientifique d'État de Krylov

La batterie, autrement appelée générateur électrochimique, est développée par l’Institut central de recherche en génie électrique et technologie des navires. Cette batterie, qui produit de l'électricité par la réaction de l'hydrogène et de l'oxygène, s'appelle BTE-50K-E. Sa puissance est de 50 kilowatts. La puissance de la batterie améliorée sera de cent kilowatts. La nouvelle batterie fera partie des modules de puissance de sous-marins non nucléaires prometteurs d'une capacité de 250 à 450 kilowatts.

En plus des éléments électrochimiques eux-mêmes, autrement appelés piles à combustible à hydrogène, ces modules comprendront des convertisseurs de carburant à hydrocarbures. C’est dans eux que se déroulera le processus de reformage du carburant diesel. Comme l'a déclaré l'un des développeurs de la nouvelle batterie à Mil.Press FlotProm, le convertisseur de carburant à base d'hydrocarbures est actuellement en cours de développement. Il a déjà été signalé que le développement d'une centrale anaérobie pour sous-marins devrait être achevé d'ici la fin de 2018.

En février dernier, des chercheurs du Georgia Institute of Technology ont annoncé le développement d'une unité alternative compacte à quatre temps pour le reformage catalytique de la production de méthane et d'hydrogène. De nouvelles installations peuvent être regroupées en chaîne, augmentant ainsi le rendement en hydrogène. L'installation est assez compacte et ne nécessite pas de fort chauffage. Le réacteur fonctionne selon un cycle à quatre temps. Lors du premier temps, du méthane mélangé à de la vapeur est introduit dans le cylindre via des vannes. Dans le même temps, le piston du cylindre s'abaisse doucement. Une fois que le piston a atteint le point bas, l'alimentation en mélange est coupée.

Au deuxième coup, le piston monte, comprimant le mélange. Dans le même temps, le cylindre est chauffé à 400 degrés Celsius. Dans des conditions de pression et de chaleur élevées, le processus de reformage se produit. Lorsque l'hydrogène est libéré, il traverse une membrane qui arrête le dioxyde de carbone également produit lors du reformage. Le dioxyde de carbone est absorbé par le matériau adsorbant mélangé au catalyseur.

Au troisième coup, le piston descend à sa position la plus basse, réduisant fortement la pression dans le cylindre. Dans ce cas, du dioxyde de carbone est libéré du matériau adsorbant. Ensuite commence le quatrième temps, au cours duquel la soupape du cylindre s'ouvre et le piston recommence à monter. Au cours du quatrième temps, le dioxyde de carbone est expulsé du cylindre et rejeté dans l'atmosphère. Après le quatrième temps, le cycle recommence.

Vassili Sychev

« Revue militaire étrangère » n° 6. 2004. (p. 59-63)

Capitaine de 1er rang N. SERGEEV,

capitaine 1er rang I. YAKOVLEV,

capitaine 3e rang S. IVANOV

Les sous-marins dotés d'une centrale diesel-électrique (EP) traditionnelle constituent un moyen assez efficace de résoudre certaines tâches et présentent un certain nombre d'avantages par rapport aux sous-marins, en particulier lorsqu'ils opèrent dans des zones côtières et peu profondes. Ces avantages incluent de faibles niveaux de bruit, une grande maniabilité à basse vitesse et une puissance de frappe comparable à celle des sous-marins. En outre, l’inclusion de sous-marins non nucléaires dans la Marine est largement due au faible coût de leur création et de leur exploitation. Dans le même temps, ils présentent un certain nombre d'inconvénients, notamment un temps limité passé en position immergée en raison de la faible quantité d'énergie stockée dans la batterie. Pour charger la batterie, le sous-marin est obligé de faire surface ou d'utiliser le mode de fonctionnement diesel sous-marin (RDS), ce qui augmente la probabilité de sa détection par radar, infrarouge, optique-électronique et acoustique. Le rapport entre le temps de navigation selon le RDP requis pour charger les batteries et la période de décharge des batteries est appelé « degré de négligence ».

Il existe plusieurs directions pour augmenter l'autonomie de croisière sous l'eau, dont les principales sont les développements scientifiques, techniques et technologiques visant à améliorer la puissance traditionnelle des sous-marins non nucléaires et de leurs composants. Cependant, dans les conditions modernes, la mise en œuvre de cette direction ne peut pas apporter une solution complète au problème principal. Selon les experts étrangers, la solution pour sortir de cette situation consiste à utiliser une centrale électrique indépendante de l'air (VNEU) sur le sous-marin, qui peut servir de centrale auxiliaire.

Les résultats positifs obtenus au cours des travaux sur ce sujet ont permis d'équiper des VNEU auxiliaires nouvellement construits et de moderniser les sous-marins diesel-électriques en exploitation. Ces derniers disposent d'un compartiment supplémentaire découpé dans un corps durable, contenant la centrale elle-même, des réservoirs de stockage de carburant et de comburant, des réservoirs de remplacement de la masse de réactifs consommables, des mécanismes et équipements auxiliaires, ainsi que des dispositifs de surveillance et de contrôle. À l’avenir, il est prévu que le VNEU soit utilisé principalement sur les sous-marins.

Actuellement, il existe quatre principaux types de centrales électriques indépendantes de l'air : le moteur diesel à cycle fermé (CLD), le moteur Stirling (DS), les piles à combustible ou générateur électrochimique (ECG) et les turbines à vapeur en cycle fermé.

Les principales exigences du VNEU sont les suivantes : faible niveau sonore, faible génération de chaleur, caractéristiques de poids et de taille acceptables, simplicité et sécurité de fonctionnement, longue durée de vie et faible coût, capacité d'utiliser les infrastructures côtières existantes. Dans la plus grande mesure, ces exigences sont satisfaites par les centrales électriques auxiliaires dotées d'un moteur Stirling, d'un ECG et d'une turbine à vapeur en cycle fermé. C’est pourquoi les marines d’un certain nombre de pays travaillent activement à leur application pratique sur des sous-marins non nucléaires.

Centrale électrique avec moteur Stirling. La société suédoise Kokums Marine AB a commencé son développement en 1982, à la demande du gouvernement. Les experts ont initialement considéré le VNEU avec un moteur Stirling comme un moteur auxiliaire, fonctionnant en conjonction avec une centrale diesel-électrique traditionnelle (DEPU). Leurs études ont montré qu'une nouvelle installation, créée comme principale (sans utiliser un DEPP traditionnel), serait trop coûteuse à produire et que les exigences techniques d'une centrale sous-marine seraient difficiles à satisfaire.

La Marine royale suédoise a choisi le VNEU équipé d'un moteur Stirling pour plusieurs raisons : densité de puissance élevée, faible niveau sonore, technologies sophistiquées de production de moteurs diesel, fiabilité et facilité d'utilisation.

La puissance spécifique élevée du moteur diesel est obtenue en brûlant du carburant diesel en combinaison avec de l'oxygène dans la chambre de combustion. À bord du sous-marin, l’approvisionnement en oxygène nécessaire est stocké à l’état liquide, grâce aux technologies cryogéniques modernes.

Le moteur Stirling est un moteur à combustion externe. Le principe de son fonctionnement implique l'utilisation de la chaleur générée par une source externe et son apport à un fluide de travail situé en boucle fermée. Le courant continu convertit la chaleur produite par une source externe en énergie mécanique, qui est ensuite convertie en courant continu par le générateur. Le régénérateur, qui fait partie du circuit de fonctionnement fermé du moteur, prélève l'énergie thermique générée après sa détente du fluide de travail et la renvoie au cycle lorsque le gaz change de direction.

DS utilise des pistons à double effet. L'espace au-dessus du piston est la cavité d'expansion et l'espace en dessous du piston est la cavité de compression. La cavité de compression de chaque cylindre est reliée par un canal externe via un réfrigérateur, un régénérateur et un chauffage à la cavité d'expansion du cylindre adjacent. La combinaison requise de phases d'expansion et de compression est obtenue à l'aide d'un mécanisme de distribution à manivelle. Le diagramme schématique du moteur Stirling est présenté sur la figure.

L'énergie thermique nécessaire au fonctionnement du moteur diesel est générée dans une chambre de combustion à haute pression en brûlant du carburant diesel et de l'oxygène liquide. L'oxygène et le carburant diesel dans un rapport de 4 : 1 entrent dans la chambre de combustion, où ils sont brûlés.

Afin de maintenir la température requise du processus de travail et d'assurer une résistance thermique suffisante des matériaux, un système spécial de recirculation des gaz (GRC) est utilisé dans la conception du DS. Ce système est conçu

pour diluer l'oxygène pur entrant dans la chambre de combustion avec les gaz formés lors de la combustion du mélange carburé.

Lorsqu'un moteur Stirling fonctionne, une partie des gaz d'échappement est expulsée par-dessus bord, ce qui peut entraîner la formation d'une traînée de bulles. Cela est dû au fait que le processus de combustion dans les moteurs diesel se produit avec un large excès d'oxygène inutilisé, qui ne peut être séparé des gaz d'échappement. Pour réduire le nombre de bulles formées lorsque les gaz d'échappement se dissolvent dans l'eau de mer, un absorbeur est utilisé dans lequel les gaz et l'eau sont mélangés. Dans ce cas, les gaz d'échappement sont prérefroidis dans un échangeur de chaleur spécial de 800 à 25 °C. La pression de fonctionnement dans la chambre de combustion permet d'évacuer les gaz d'échappement à différentes profondeurs d'immersion du sous-marin, jusqu'à la profondeur de travail, ce qui ne nécessite pas l'utilisation d'un compresseur spécial à bruit accru à ces fins.

Étant donné que le processus d'apport de chaleur externe s'accompagne inévitablement de pertes de chaleur supplémentaires, le rendement d'un moteur diesel est inférieur à celui d'un moteur diesel. La corrosion accrue ne permet pas l'utilisation de carburant diesel conventionnel dans les moteurs diesel. Un carburant à faible teneur en soufre est requis.

Pour le programme suédois, un DS type V4-275 de United Sterling a été adopté. Il s'agit d'un moteur à quatre cylindres (le volume utile de chaque cylindre est de 275 cm3). Les cylindres sont disposés en forme de V pour réduire le bruit et les vibrations. La pression de fonctionnement dans la chambre de combustion du moteur est de 2 MPa, ce qui garantit son utilisation à des profondeurs d'immersion sous-marine allant jusqu'à 200 M. Pour faire fonctionner le moteur à de grandes profondeurs, une compression des gaz d'échappement est nécessaire, ce qui nécessitera une consommation d'énergie supplémentaire pour éliminer gaz d'échappement et entraînera une augmentation du niveau sonore.

La première centrale basée sur la DS était équipée d'un sous-marin de classe Näkken, lancé après modernisation en 1988. Le moteur Stirling, les réservoirs de stockage de carburant diesel, d'oxygène liquide et les équipements auxiliaires ont été placés dans une section supplémentaire sans flottabilité, intégrée dans la coque durable du sous-marin. De ce fait, la longueur du bateau a augmenté de 10 pour cent, ce qui a légèrement affecté le changement de sa maniabilité.

Deux DS de type V4-275R fonctionnent sur des générateurs DC d'une puissance de 75 kW chacun. Les moteurs sont placés dans des modules d'isolation phonique sur des structures anti-vibratoires avec absorption des chocs à deux étages. Comme l’ont montré les tests, le DS est capable de générer une quantité d’électricité suffisante pour alimenter les systèmes embarqués du sous-marin, assurer la recharge des batteries et propulser le bateau à des vitesses allant jusqu’à 4 nœuds. Pour atteindre des vitesses plus élevées et alimenter le moteur électrique de l’hélice principale, il est prévu d’utiliser le moteur avec la batterie.

Grâce à l'utilisation d'une centrale électrique combinée, le temps de croisière en position immergée est passé de 3-5 à 14 jours et la vitesse de patrouille est passée de 3 à 6 nœuds. En conséquence, le secret du sous-marin s’est accru.

Selon les experts suédois, le moteur Stirling a démontré une fiabilité et une maintenabilité élevées dans les conditions des navires. Son émission sonore ne dépasse pas le bruit d'un moteur électrique de propulsion et est inférieure de 20 à 25 dB à celle d'un moteur diesel équivalent.

La marine suédoise équipe le sous-marin de la classe Gotland de ce VNEU auxiliaire. Le contrat pour la construction de trois sous-marins de ce type a été signé par le gouvernement du pays avec la société Kokums en mars 1990. Le premier sous-marin de cette série - "Gotland" - a été mis en service en 1996, les deux suivants : "Apland" et "Halland" - en 1997. Lors de la modernisation, il est prévu d'équiper les sous-marins de la classe Västergotland de centrales électriques auxiliaires de ce type.

Selon des sources étrangères, les sous-marins suédois équipés de centrales électriques DS ont déjà montré de bons résultats dans la pratique. En particulier, au cours des exercices, la supériorité du sous-marin Halland sur le sous-marin de la marine espagnole doté d'une centrale diesel-électrique traditionnelle a été prouvée, et ses performances améliorées ont été démontrées lors d'un voyage conjoint avec des sous-marins nucléaires des marines américaine et française.

Centrale électrique avec ECG. Un générateur électrochimique est un dispositif dans lequel l'énergie chimique d'un carburant est directement convertie en énergie électrique. La base de l'ECG est constituée de piles à combustible (FC), dans lesquelles le processus de production d'électricité se produit lors de l'interaction du combustible et du comburant, fournis en continu et séparément au FC. En principe, une pile à combustible est un type de pile galvanique. Contrairement à ces dernières, les piles à combustible ne sont pas consommées, puisque les composants actifs sont fournis en continu (carburant et comburant).

Au cours de la recherche, différents types de carburants et de comburants ont été testés. Les meilleurs résultats ont été obtenus en utilisant la réaction entre l'oxygène et l'hydrogène, résultant de l'interaction de laquelle l'énergie électrique et l'eau sont générées.

La génération de courant continu par combustion à froid d’hydrogène et d’oxygène est connue depuis longtemps et a été utilisée avec succès pour produire de l’électricité sur des véhicules sous-marins. Ce principe de production d’électricité n’a été utilisé sur les sous-marins que dans les années 1980. En PA, l’oxygène et l’hydrogène étaient stockés séparément dans des réservoirs durables sous haute pression. Bien que les générateurs électrochimiques soient plus efficaces que les batteries, leur utilisation sur les sous-marins était compliquée par le fait que l'approvisionnement en réactifs combustibles stockés à l'état gazeux ne permettait pas la durée requise de la plongée sous-marine.

Le moyen le plus optimal de stocker l'oxygène est à l'état liquide (sous forme cryogénique - à une température de 180°C), l'hydrogène - sous forme d'hydrure métallique.

Au milieu des années 1980, le consortium allemand GSC (Consortium sous-marin allemand), comprenant IKL (Ingenieurkontor Lubeck), HDW (Howaldtswerke Deutsche Werft AG) et FS (Ferrostaal), a développé et créé une installation expérimentale d'ECG terrestre avec des piles à combustible Siemens. vérifier le fonctionnement conjoint de ses composants - piles à combustible, systèmes de stockage d'hydrogène et d'oxygène, pipelines, systèmes de contrôle, ainsi que l'interaction du travail avec une centrale électrique traditionnelle

PL. Le prototype ECG a été structurellement conçu de telle manière qu'une fois les tests terminés, il puisse être installé sur un sous-marin en exploitation sans modifications. Les résultats des tests à terre ont montré que la centrale électrique avec ECG peut être utilisée efficacement sur les sous-marins.

En 1989, dans l'intérêt de la marine allemande, une série d'essais en mer de neuf mois du sous-marin U-1 du projet 205, équipé d'un VNEU auxiliaire avec ECG au chantier naval HDW, a été achevée avec succès. En conséquence, la direction de ce type d'avion a abandonné la construction de sous-marins équipés uniquement de centrales diesel-électriques et a décidé d'utiliser des centrales « hybrides » (DEPP comme centrales principales et auxiliaires avec ECG). Des recherches ultérieures visent à développer de telles installations avec l'ECG comme principale.

Structurellement, les ECH sont des modules électrochimiques à membranes polymères (PEM). Tous les modules sont installés sur un seul châssis et peuvent être connectés en série ou en parallèle.

Les auxiliaires d'une centrale électrique avec ECG sont un système de refroidissement utilisant de l'eau de mer et un système de gaz résiduels. Ce dernier assure la postcombustion de l'hydrogène résiduel dans le système de ventilation de la batterie et l'utilisation de l'oxygène résiduel pour les besoins à bord. Le système de contrôle de la centrale électrique est intégré au système de contrôle de sécurité dont les moniteurs sont situés dans la salle de contrôle centrale.

La conversion d'énergie dans les piles à combustible s'effectue silencieusement. La centrale électrique ne contient aucune unité effectuant des mouvements de rotation ou d’oscillation. Il génère peu de chaleur, de sorte qu'il n'a pas d'effet significatif sur la formation de champs physiques. Le seul système auxiliaire comportant des pièces rotatives est le système de refroidissement, mais il n'est pas si bruyant qu'il affecte grandement le niveau du champ acoustique du sous-marin.

L'activation initiale des réactions dans les piles à combustible ne nécessite pas beaucoup d'électricité pour que l'hydrure métallique stocké dans des cylindres situés dans l'espace double face commence à libérer de l'hydrogène et de l'oxygène stockés à l'état liquide dans des réservoirs cryogéniques antichocs en faible -l'acier magnétique commence à s'évaporer.

Ce type de centrale électrique est assez efficace, il a un rendement élevé - jusqu'à 70 pour cent, et dans cet indicateur, il dépasse largement les autres centrales électriques indépendantes de l'air. Des données comparatives sur la dépendance de l'efficacité des différents types de VNEU sur le niveau relatif de puissance de sortie sont présentées dans le graphique. Le processus de conversion d'énergie se produit à de basses températures de fonctionnement (60-90 °C). Pour maintenir le processus électrochimique initialement initié, une petite quantité de chaleur doit être générée par le système pendant le fonctionnement. Une partie de la chaleur générée par la CE peut être utilisée à des fins domestiques, comme le chauffage. La quantité de chaleur qui doit être évacuée de l'installation est faible, de sorte que le refroidissement forcé de la centrale électrique avec de l'eau de mer ne nécessite pas beaucoup de temps (jusqu'à une journée de fonctionnement). L’eau produite par la réaction peut être utilisée pour la consommation après un traitement approprié.

La combinaison d'éléments combustibles compacts connectés en série vous permet d'obtenir n'importe quelle tension requise. La régulation de la tension est obtenue en modifiant le nombre de plaques dans les unités à pile à combustible. La plus grande puissance peut être obtenue en connectant ces éléments en série.

Le fonctionnement de l'unité ECG ne dépend pas de la profondeur d'immersion du sous-marin. L'électricité générée par une telle centrale va directement au tableau de distribution principal du bateau. 65 pour cent il est dépensé pour les déplacements et les besoins des navires, à hauteur de 30 pour cent. - pour le système de refroidissement et le système de gaz résiduels de la centrale électrique, 5 pour cent. - pour les équipements supplémentaires de la centrale. La centrale électrique auxiliaire peut fonctionner à la fois en parallèle avec la batterie, assurant la propulsion électrique du sous-marin et l'alimentation électrique des autres consommateurs, et pour recharger la batterie.

Il est prévu d'équiper quatre et deux sous-marins de type 212A d'une centrale électrique auxiliaire avec ECG, qui sont en cours de construction respectivement pour les marines allemande et italienne, ainsi qu'une version d'exportation du bateau de type 214 pour la Grèce et la République de Corée. marines.

Deux sous-marins de la première sous-série de bateaux de type 212A destinés à la marine allemande sont équipés d'une centrale électrique auxiliaire avec ECG d'une puissance nominale d'environ 300 kW avec neuf piles à combustible de 34 kW chacune. Les bateaux de la deuxième sous-série devraient être équipés de deux piles à combustible de 120 kW. Elles auront presque les mêmes caractéristiques de poids et de taille que les piles à combustible de 34 kW, mais en même temps leur efficacité sera multipliée par 4. Le sous-marin Type 212A pourra rester immergé pendant environ deux semaines. La puissance nominale de cette installation vous permettra d'atteindre une vitesse allant jusqu'à 8 nœuds sans utilisation de batterie.

La conception modulaire des centrales électriques basées sur des piles à combustible facilite non seulement leur installation sur des sous-marins en construction, mais permet également de les équiper de ceux déjà construits, même ceux construits sous licence dans les chantiers navals des pays importateurs de sous-marins allemands.

De plus, selon les experts allemands, une telle centrale se caractérise par une maintenabilité élevée et une durée de vie plus longue.

Unité de turbine à vapeur à cycle fermé (STU). Le PTU MESMA (Module d'Energie Sous-Marin Autonome), fonctionnant sur un cycle fermé de Rankine, a été développé par la direction de la construction navale de la Marine Nationale DCN pour la vente à l'export. Les sociétés françaises Tecnicatom, Thermodyne, Air Liquide, etc. sa production Bertin, ainsi que le chantier naval Empresa Nacional Bazan (Espagne).

MESMA est une installation à deux circuits. Dans le premier circuit, à la suite de la combustion de l'éthanol dans l'oxygène, un liquide de refroidissement (gaz de vapeur) se forme, qui traverse le chemin du générateur de vapeur et cède de la chaleur à l'eau circulant dans le deuxième circuit. L'eau est transformée en vapeur à haute pression, qui fait tourner une turbine à vapeur reliée à un générateur. L'oxygène est stocké à bord du sous-marin dans des conteneurs spéciaux à l'état liquide. Les produits de réaction de combustion sont de l'eau et des gaz d'échappement rejetés par-dessus bord. Cela peut conduire à une augmentation de la visibilité des sous-marins.

La combustion dans la chambre de combustion se produit sous une pression de 6 MPa, ce qui permet à l'installation de fonctionner jusqu'à 600 m de profondeur. Il n'est donc pas nécessaire d'utiliser un compresseur pour éliminer les produits de combustion par-dessus bord.

Le rendement d'une centrale électrique équipée d'une turbine à vapeur MESMA est de 20 pour cent, ce qui est dû à des pertes importantes lors de multiples conversions d'énergie - combustion de combustible, production de vapeur surchauffée, génération de courant triphasé et sa conversion ultérieure en courant continu.

L'ensemble de l'installation est assez compact et est monté dans une section d'un boîtier durable de 10 m de long et 7,8 m de large. L'oxygène est stocké à l'état liquéfié dans des cylindres montés sur des supports spéciaux amortisseurs à l'intérieur du boîtier sous-marin durable dans un position verticale.

En septembre 1998, les essais au banc d'un prototype de la centrale électrique MESMA ont été achevés. En avril 2000, la première centrale électrique de navire, située dans une section de coque sous pression, est fabriquée au chantier naval de Cherbourg. Après l'achèvement des tests de réception, le module doté de la centrale devait être envoyé au Pakistan pour équiper le sous-marin Ghazi de type Agosta 90B qui y est construit sous licence française. Il s’agit du premier sous-marin de ce type sur lequel une centrale électrique auxiliaire indépendante de l’air sera installée lors de la construction. Les deux autres sous-marins, construits plus tôt, devraient en être équipés ultérieurement - en cours de modernisation et de réparation.

L'utilisation de centrales électriques auxiliaires indépendantes de l'air sur les sous-marins non nucléaires a permis d'améliorer leurs performances en termes de durée de navigation sous-marine, ce qui a augmenté la furtivité des bateaux et élargi leurs capacités de combat. Outre les sous-marins en construction, les VNEU auxiliaires peuvent être équipés de sous-marins diesel existants en cours de modernisation. Le développement ultérieur des technologies et l'obtention sur cette base de caractéristiques qualitativement nouvelles du VNEU permettront très probablement aux sous-marins non nucléaires de résoudre les problèmes inhérents aux sous-marins nucléaires.

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c'est-à-dire que, contrairement à un moteur à combustion interne, un moteur à combustion interne, où le fluide de travail est simultanément du carburant brûlé à l'intérieur du cylindre, à Stirling, le carburant brûle à l'extérieur, chauffe le fluide de travail (air) à l'intérieur du cylindre, puis, comme d'habitude, la manivelle, etc.

dans cet article, je n'ai pas vu la caractéristique principale réelle, l'anaérobicité, c'est-à-dire que tout comme un moteur à combustion interne a besoin d'oxygène pour la combustion, à Stirling, le même processus de combustion est utilisé, c'est-à-dire que l'oxygène est toujours nécessaire
la combustion est simplement transférée de l’intérieur vers l’extérieur et c’est tout. Eh bien, Stirling brûle également en continu, et non de manière pulsée et explosive, comme dans un moteur à combustion interne, d'où son silence, utile pour un sous-marin. Mais c'est tous les avantages

Je pensais qu'au lieu de la combustion, d'autres réactions chimiques exothermiques seraient utilisées, par exemple, avec la participation de l'eau au lieu de l'oxygène, ce qui est logique, sur terre il y a beaucoup d'oxygène, sous l'eau il y a sa propre eau.
Je ne sais pas, verse-le dans le cylindre ou à l'extérieur, enfin, au moins de la chaux vive, et verse de l'eau dessus, convertis la chaleur générée en rotation
pourquoi déclarer un moteur anaérobie et quand même utiliser de l'oxygène ?

de plus, si nous développons l'idée - le projet utilise un moteur électrique comme moteur de propulsion principal, et Stirling ne sera nécessaire que pour recharger les batteries, il ne serait donc pas plus facile de se concentrer sur les moyens de produire directement des CEM par des réactions chimiques sans mécanique ?
Cela m'a rappelé comment, en été, dans une datcha sans électricité, j'avais connecté un onduleur 220 à une batterie de voiture, à laquelle j'avais connecté des ampoules à économie d'énergie avec des LED basse tension. Puis je me suis rendu compte qu'il était stupide d'augmenter d'abord la tension de 12 à 220, puis dans l'ampoule, elle diminue à nouveau, j'ai fabriqué une LED 12V maison et la batterie a commencé à durer trois fois plus longtemps.

À l'époque soviétique, on fabriquait à Podolsk des batteries chargées à sec, dont les plaques étaient pressées avec une composition correspondant à l'état de charge d'une batterie au plomb. Une telle batterie peut être stockée dans un entrepôt pendant très longtemps et être chargée, puis l'acheteur y verse de l'électrolyte et la met immédiatement sur la voiture. Par exemple, chargez des plaques sèches avec de l'électrolyte sur un sous-marin, qui sont consommées pendant le mouvement et sont remplacées par des neuves, puis du nouveau matériau est chargé au quai, comme du carburant, et celui usagé est déchargé et régénéré à l'usine dans un nouveau chargé à sec. Tous. Pas de double conversion avec l'efficacité d'une locomotive à vapeur, pas d'oxygène, un véritable circuit anaérobie.

Eh bien, avec une batterie au plomb, c'est juste une idée spontanée, vous pouvez trouver un processus beaucoup plus parfait, par exemple sur le lithium, c'est moins le poids et moins l'acide dangereux