Anaerobni pogonski sustav. Anaerobno pogonsko postrojenje

Stirlingov motor, čiji se princip rada kvalitativno razlikuje od uobičajenog motora s unutarnjim izgaranjem, jednom je predstavljao dostojnog konkurenta potonjem. Međutim, neko vrijeme su zaboravili na njega. Kako se ovaj motor koristi danas, koji je princip njegovog rada (u članku možete pronaći i crteže Stirlingovog motora koji jasno pokazuju njegov rad) i kakvi su izgledi za upotrebu u budućnosti, pročitajte u nastavku.

Priča

Godine 1816. u Škotskoj je Robert Stirling patentirao ono što danas nosi ime po svom izumitelju. Prvi motori na vrući zrak izumljeni su i prije njega. No, Stirling je uređaju dodao pročistač koji se u stručnoj literaturi naziva regenerator, odnosno izmjenjivač topline. Zahvaljujući njemu, performanse motora su se povećale dok je jedinica održavana toplom.

Motor je bio prepoznat kao najizdržljiviji parni stroj dostupan u to vrijeme, jer nikada nije eksplodirao. Prije toga se ovaj problem često javljao na drugim motorima. Unatoč velikom uspjehu, njegov razvoj je napušten početkom dvadesetog stoljeća, jer je postao manje ekonomičan u usporedbi s drugim motorima s unutarnjim izgaranjem i elektromotorima koji su se tada pojavili. Međutim, Stirling se i dalje koristio u nekim industrijama.

Motor s vanjskim izgaranjem

Princip rada svih toplinskih motora je da su za proizvodnju plina u ekspandiranom stanju potrebne veće mehaničke sile nego kod komprimiranja hladnog. Da biste to jasno pokazali, možete provesti eksperiment s dvije posude napunjene hladnom i vrućom vodom, kao i bocom. Potonji se umoči u hladnu vodu, začepi čepom, pa prebaci u vruću vodu. U tom će slučaju plin u boci početi obavljati mehanički rad i istisnuti čep. Prvi motor s vanjskim izgaranjem u potpunosti se temeljio na ovom procesu. Međutim, kasnije je izumitelj shvatio da se dio topline može koristiti za grijanje. Dakle, produktivnost se značajno povećala. Ali ni to nije pomoglo da motor postane široko rasprostranjen.

Kasnije je Erickson, inženjer iz Švedske, poboljšao dizajn predloživši hlađenje i zagrijavanje plina pri konstantnom tlaku umjesto volumena. Zbog toga su se mnoge kopije počele koristiti za rad u rudnicima, na brodovima iu tiskarama. No, pokazalo se da su preteški za posade.

Philipsovi motori s vanjskim izgaranjem

Slični motori su sljedećih vrsta:

• para;
• Parna turbina;
• Stirling.

Potonji tip nije razvijen zbog niske pouzdanosti i drugih ne najviših pokazatelja performansi u usporedbi s drugim vrstama jedinica koje su se pojavile. Međutim, Philips je nastavio s radom 1938. Motori su se počeli koristiti za pogon generatora u neelektrificiranim područjima. Godine 1945. inženjeri tvrtke pronašli su im suprotnu upotrebu: ako se osovina okreće električnim motorom, hlađenje glave cilindra doseže minus sto devedeset stupnjeva Celzijusa. Tada je odlučeno koristiti poboljšani Stirlingov motor u rashladnim jedinicama.

Princip rada

Motor radi u termodinamičkim ciklusima, u kojima dolazi do kompresije i ekspanzije pri različitim temperaturama. U ovom slučaju, regulacija protoka radne tekućine ostvaruje se zbog promjene volumena (ili tlaka - ovisno o modelu). Ovo je načelo rada većine ovih strojeva, koji mogu imati različite funkcije i dizajn. Motori mogu biti klipni i rotacijski. Strojevi sa svojim instalacijama rade kao dizalice topline, hladnjaci, generatori tlaka itd.

Osim toga, postoje motori otvorenog ciklusa, gdje se kontrola protoka ostvaruje preko ventila. Nazivaju se Ericksonovi motori, uz uobičajeni naziv Stirling. U motoru s unutarnjim izgaranjem koristan rad se provodi nakon prethodne kompresije zraka, ubrizgavanja goriva, zagrijavanja dobivene smjese pomiješane sa izgaranjem i ekspanzijom.

Stirlingov motor radi na istom principu: kompresija se događa pri niskim temperaturama, a ekspanzija pri visokim temperaturama. Ali grijanje se provodi drugačije: toplina se dovodi kroz stijenku cilindra izvana. Zato je i dobio naziv motor s vanjskim izgaranjem. Stirling je koristio periodične promjene temperature s potisnim klipom. Potonji pomiče plin iz jedne šupljine cilindra u drugu. S jedne strane temperatura je stalno niska, as druge visoka. Kada se klip pomiče prema gore, plin se kreće iz vruće u hladnu šupljinu, a prema dolje se vraća u vruću. Prvo, plin daje puno topline hladnjaku, a zatim od grijača dobiva istu količinu koju je dao. Između grijača i hladnjaka nalazi se regenerator - šupljina ispunjena materijalom kojemu plin odaje toplinu. Kada se protok obrne, regenerator ga vraća.

Sustav istiskivača povezan je s radnim klipom, koji komprimira plin kada je hladan i omogućava mu da se širi kada je topao. Zbog kompresije na nižoj temperaturi dolazi do korisnog rada. Cijeli sustav prolazi kroz četiri ciklusa s isprekidanim pokretima. Pokretni mehanizam osigurava kontinuitet. Stoga nema oštrih granica između faza ciklusa, a Stirling se ne smanjuje.

S obzirom na sve navedeno nameće se zaključak da je ovaj motor klipni stroj s vanjskim dovodom topline, gdje radni fluid ne izlazi iz zatvorenog prostora i ne vrši se zamjena. Crteži Stirlingovog motora dobro ilustriraju uređaj i princip njegovog rada.

Radni detalji

Sunce, električna energija, nuklearna energija ili bilo koji drugi izvor topline mogu opskrbiti Stirlingov motor energijom. Princip rada njegovog tijela je korištenje helija, vodika ili zraka. Idealan ciklus ima maksimalnu toplinsku učinkovitost od trideset do četrdeset posto. Ali s učinkovitim regeneratorom, moći će raditi s većom učinkovitošću. Regeneraciju, grijanje i hlađenje osiguravaju ugrađeni izmjenjivači topline koji rade bez ulja. Treba napomenuti da motor zahtijeva vrlo malo podmazivanja. Prosječni tlak u cilindru obično je od 10 do 20 MPa. Stoga je potreban izvrstan sustav brtvljenja i mogućnost ulaska ulja u radne šupljine.

Usporedne karakteristike

Većina motora ovog tipa koji danas rade koriste tekuće gorivo. U isto vrijeme, kontinuirani tlak je lako kontrolirati, što pomaže u smanjenju emisija. Odsutnost ventila osigurava tihi rad. Snaga i težina usporedivi su s motorima s turbopunjačem, a specifična izlazna snaga jednaka je onoj kod dizelskog agregata. Brzina i okretni moment neovisni su jedan o drugom.

Troškovi proizvodnje motora puno su veći od troškova motora s unutarnjim izgaranjem. Ali tijekom rada je suprotno.

Prednosti

Svaki model Stirlingovog motora ima mnoge prednosti:

• Učinkovitost s modernim dizajnom može doseći i do sedamdeset posto.
• Motor nema visokonaponski sustav paljenja, bregastu osovinu ili ventile. Neće se morati prilagođavati tijekom cijelog radnog vijeka.
• Stirlingi nemaju istu eksploziju kao kod motora s unutarnjim izgaranjem, koja jako opterećuje radilicu, ležajeve i klipnjače.
• Nemaju isti učinak kada kažu da je "motor zastao".
• Zbog jednostavnosti uređaja, može se koristiti dugo vremena.
• Može raditi s drvetom, nuklearnim ili bilo kojim drugim gorivom.
• Izgaranje se događa izvan motora.

Mane

Primjena

Trenutno se Stirlingov motor s generatorom koristi u mnogim područjima. Univerzalni je izvor električne energije u hladnjačama, pumpama, podmornicama i solarnim elektranama. Zahvaljujući korištenju različitih vrsta goriva moguće ga je široko koristiti.

renesanse

Ti su se motori ponovno počeli razvijati zahvaljujući Philipsu. Sredinom dvadesetog stoljeća General Motors je s njim sklopio ugovor. Vodila je razvoje za korištenje Stirlingsa u svemirskim i podvodnim uređajima, na brodovima i automobilima. Nakon njih, druga tvrtka iz Švedske, United Stirling, počela ih je razvijati, uključujući moguću upotrebu u

Danas se linearni Stirlingov motor koristi u instalacijama podvodnih, svemirskih i solarnih vozila. Za njega vlada veliki interes zbog aktualnosti pitanja degradacije okoliša, kao i borbe protiv buke. U Kanadi i SAD-u, Njemačkoj i Francuskoj, kao i Japanu, u tijeku su aktivna traženja razvoja i poboljšanja njegove upotrebe.

Budućnost

Očigledne prednosti koje klipni i Stirlingovi motori imaju, a koje se sastoje od dugog vijeka trajanja, upotrebe različitih goriva, bešumnosti i niske toksičnosti, čine ga vrlo obećavajućim u usporedbi s motorom s unutarnjim izgaranjem. Međutim, s obzirom na to da se motor s unutarnjim izgaranjem tijekom vremena poboljšavao, ne može se lako istisnuti. Na ovaj ili onaj način, upravo ovaj motor danas zauzima vodeću poziciju i ne namjeravam ga se odreći u skoroj budućnosti.

", Savezno državno jedinstveno poduzeće (FSUE) "Krylov Scientific Center" izvijestilo je da će stvaranje prve podmornice s anaerobnom, odnosno elektranom neovisnom o zraku (VNEU) dovesti do značajnog tehnološkog proboja u brodogradnji.

Stvorena je znanstvena i tehnička osnova za instalacije neovisne o zraku. Razvijena je jedinica za parni reforming s elektrokemijskim generatorom na bazi čvrstih elemenata. Stvoren je njegov industrijski dizajn. Među temeljnim tehnologijama implementira proizvodnju vodika iz dizelskog goriva, stvaranje elektrokemijskog generatora koji iz vodika izdvaja električnu struju i uklanjanje otpada iz prvog ciklusa. To jest, CO2 koji nastaje tijekom reakcije. Ovaj problem je još u fazi dovršavanja, ali uz odgovarajuće financiranje bit će riješen.

- rekao je izvršni direktor navedenog poduzeća Mihail Zagorodnikov.

Prije svega, VNEU eliminira potrebu da brod izroni kako bi napunio baterije i dopunio zalihu zraka potrebnog za rad dizelskih generatora pod vodom.

Kao što je naznačeno, Nijemci su trenutno postigli najveći napredak u razvoju VNEU, stvorivši. Francuski DCNS je 2014. izvijestio o svojim uspjesima u tom smjeru, opremivši podmornicu klase Scorpene dotičnom instalacijom. Tvrtkin veći dizajn podmornice, koju traži australska mornarica, je SMX Ocean (aka Shortfin Barracuda). U Indiji se VNEU razvija za brodove tipa Kalvari (na temelju Scorpene).

Za razliku od gore spomenutog inozemnog iskustva, ruski VNEU podrazumijeva potpuno drugačiji način rada: vodik se ne transportira na brodu, već se dobiva izravno u postrojenju reformingom dizelskog goriva.

Stručnjak za pomorsko naoružanje Vladimir Ščerbakov smatra da podmornice s VNEU omogućuju uspješno djelovanje u vodama pod čvrstom kontrolom neprijatelja.

Sposobnost da se ne ispliva važna je tamo gdje neprijateljske protupodmorničke snage aktivno djeluju. Dovoljno je prisjetiti se kako su naši brodovi bili lak plijen Nijemcima na Baltiku tijekom Velikog domovinskog rata. Slična situacija nastala je za njemačke podmorničare u sjevernom Atlantiku pred kraj rata.

Prema njegovom mišljenju, brodovi ovog tipa imaju veliki izvozni potencijal, posebno u zemljama koje nemaju nuklearnu podmorničku flotu. Za Rusiju je, smatra on, u ovoj fazi dovoljno ograničiti se na nekoliko brodova projekta Lada za testiranje tehnologije i obuku stručnjaka.

Dobro razvijene serijske Varšavjanke sada su sasvim sposobne zaštititi baze i obale od neprijateljskih nuklearnih brodova.

Trenutno se grade Admiralska brodogradilišta u Sankt Peterburgu: Kronstadt i Velikiye Luki. Vodeća podmornica ovog projekta, St. Petersburg, nalazi se u probnom radu u Sjevernoj floti. Još nema anaerobnu elektranu.

Prikaz podmornice projekta Amur-950 s anaerobnom elektranom

CDB MT "Rubin"

Obećavajuća ruska anaerobna elektrana, koja se planira postaviti na eksperimentalnu podmornicu projekta 677 Lada i novu nenuklearnu podmornicu projekta Kalina, dobit će bateriju dvostrukog kapaciteta. Kako piše Mil.Press FlotProm, električna snaga poboljšane baterije iznosit će sto kilovata umjesto 50 koliko ima trenutni model. Razvoj i testiranje nove baterije za anaerobne elektrane podmornica planira se dovršiti do 2020. godine.

Moderne dizel-električne podmornice imaju nekoliko prednosti u odnosu na veće nuklearne podmornice. Jedna od glavnih prednosti je gotovo potpuna tišina kretanja u potopljenom položaju, budući da su u ovom slučaju za kretanje broda odgovorni samo tihi elektromotori na baterije. Ove baterije se pune iz diesel generatora na površini ili na dubini odakle je moguće postaviti dihalicu, posebnu cijev kroz koju se dovodi zrak u generatore.

Nedostaci konvencionalnih dizel-električnih podmornica uključuju relativno kratko vrijeme koje brod može provesti pod vodom. U najboljem slučaju može doseći tri tjedna (za usporedbu, za nuklearne podmornice ta je brojka 60-90 dana), nakon čega će podmornica morati izroniti i pokrenuti dizel generatore. Anaerobna elektrana, kojoj za rad nije potreban vanjski zrak, omogućit će nenuklearnoj podmornici da ostane znatno dulje uronjena. Na primjer, podmornica projekta Lada s takvom instalacijom može ostati pod vodom 45 dana.

Obećavajuća ruska anaerobna elektrana za rad će koristiti visokopročišćeni vodik. Taj će se plin proizvoditi na brodu iz dizelskog goriva reformingom, odnosno pretvaranjem goriva u plin koji sadrži vodik i aromatske ugljikovodike, koji će potom prolaziti kroz jedinicu za odvajanje vodika. Vodik će se potom unositi u gorivne ćelije vodik-kisik, gdje će se proizvoditi električna energija za motore i sustave u vozilu.

BTE-50K-E baterija na ispitnom stolu

Državni znanstveni centar Krylov

Bateriju, inače nazvanu elektrokemijski generator, razvija Središnji istraživački institut za brodsku elektrotehniku ​​i tehnologiju. Ova baterija, koja proizvodi električnu energiju reakcijom vodika i kisika, zove se BTE-50K-E. Snaga mu je 50 kilovata. Snaga poboljšane baterije bit će sto kilovata. Nova baterija bit će dio energetskih modula perspektivnih nenuklearnih podmornica kapaciteta 250-450 kilovata.

Uz same elektrokemijske elemente, inače zvane vodikove gorivne ćelije, takvi će moduli uključivati ​​i pretvarače ugljikovodičnih goriva. U njima će se odvijati proces reformiranja dizelskog goriva. Kako je za Mil.Press FlotProm rekao jedan od developera nove baterije, pretvarač goriva ugljikovodika trenutno je u razvoju. Ranije je objavljeno da se razvoj anaerobne elektrane za podmornice planira dovršiti do kraja 2018. godine.

Prošle veljače, istraživači s Georgia Institute of Technology najavili su razvoj kompaktne četverotaktne klipne jedinice za katalitički reforming proizvodnje metana i vodika. Nove instalacije mogu se kombinirati u lanac, čime se povećava prinos vodika. Instalacija je prilično kompaktna i ne zahtijeva jako zagrijavanje. Reaktor radi na četverotaktni ciklus. Tijekom prvog takta, metan pomiješan s parom dovodi se u cilindar kroz ventile. Istovremeno se klip u cilindru glatko spušta. Nakon što klip dosegne donju točku, dovod smjese se prekida.

U drugom taktu, klip se diže, komprimirajući smjesu. Istovremeno se cilindar zagrijava na 400 stupnjeva Celzijusa. U uvjetima visokog tlaka i topline dolazi do procesa reformiranja. Kako se vodik oslobađa, on prolazi kroz membranu koja zaustavlja ugljični dioksid koji također nastaje tijekom reformiranja. Ugljični dioksid apsorbira adsorpcijski materijal pomiješan s katalizatorom.

U trećem taktu klip se spušta u najniži položaj, naglo smanjujući tlak u cilindru. U ovom slučaju, ugljični dioksid se oslobađa iz adsorpcijskog materijala. Zatim počinje četvrti takt, tijekom kojeg se otvara ventil u cilindru i klip se ponovno počinje dizati. Tijekom četvrtog takta, ugljični dioksid se istiskuje iz cilindra u atmosferu. Nakon četvrtog otkucaja ciklus počinje iznova.

Vasilij Sičev

“Inozemna vojna revija” broj 6. 2004. (str.59-63)

kapetan 1. ranga N. SERGEEV,

kapetan 1. ranga I. YAKOVLEV,

kapetan 3. reda S. IVANOV

Podmornice s tradicionalnom dizel-električnom elektranom (EP) prilično su učinkovito sredstvo za rješavanje određenih zadataka i imaju niz prednosti u odnosu na podmornice, posebno kada rade u obalnim i plitkim morskim područjima. Te prednosti uključuju niske razine buke, visoku sposobnost manevriranja pri malim brzinama i udarnu snagu usporedivu s podmornicama. Osim toga, uključivanje nenuklearnih podmornica u mornaricu uvelike je posljedica niske cijene njihovog stvaranja i rada. Istodobno, imaju niz nedostataka, posebice ograničeno vrijeme provedeno u potopljenom položaju zbog male količine energije pohranjene u bateriji. Za punjenje baterije podmornica je prisiljena izroniti ili koristiti podvodni dizelski način rada (RDS), čime se povećava vjerojatnost njezine detekcije radarskim, infracrvenim, optičko-elektroničkim i akustičkim sredstvima. Omjer vremena plovidbe prema RDP-u potrebnog za punjenje baterija i razdoblja pražnjenja baterija naziva se "stupanj nemara".

Postoji nekoliko smjerova za povećanje dometa krstarenja pod vodom, od kojih su glavni znanstveni, tehnički i tehnološki razvoj kako bi se poboljšala tradicionalna snaga nenuklearnih podmornica i njihovih komponenti. Međutim, u suvremenim uvjetima, provedba ovog smjera ne može u potpunosti pružiti rješenje glavnog problema. Izlaz iz ove situacije, prema mišljenju stranih stručnjaka, je korištenje elektrane neovisne o zraku (VNEU) na podmornici, koja može poslužiti kao pomoćna.

Uspješni rezultati dobiveni tijekom rada na ovoj temi omogućili su opremanje novoizgrađenih pomoćnih VNEU-ova i rekonstrukciju dizel-električnih podmornica u radu. Potonji imaju dodatni odjeljak izrezan u izdržljivo tijelo, koji sadrži samu elektranu, spremnike za skladištenje goriva i oksidatora, spremnike za zamjenu mase potrošnih reagensa, pomoćne mehanizme i opremu, kao i uređaje za nadzor i upravljanje. U budućnosti se VNEU planira koristiti na podmornicama kao glavni.

Trenutno postoje četiri glavne vrste elektrana neovisnih o zraku: dizelski motor zatvorenog ciklusa (CLD), Stirlingov motor (DS), gorivne ćelije ili elektrokemijski generator (ECG) i postrojenje zatvorenog ciklusa parne turbine.

Glavni zahtjevi za VNEU uključuju sljedeće: niska razina buke, nisko stvaranje topline, prihvatljive karakteristike težine i veličine, jednostavnost i sigurnost rada, dugi vijek trajanja i niska cijena, mogućnost korištenja postojeće obalne infrastrukture. Ovim zahtjevima u najvećoj mjeri udovoljavaju pomoćne elektrane sa Stirlingovim motorom, ECG i parnoturbinskom jedinicom zatvorenog ciklusa. Stoga mornarice niza zemalja aktivno rade na njihovoj praktičnoj primjeni na nenuklearnim podmornicama.

Elektrana sa Stirlingovim motorom. Švedska tvrtka Kokums Marine AB započela je svoj razvoj 1982. godine po nalogu vlade. Stručnjaci su u početku smatrali VNEU sa Stirlingovim motorom pomoćnim, koji radi u kombinaciji s tradicionalnom dizel-električnom elektranom (DEPU). Njihove su studije pokazale da bi nova instalacija, stvorena kao glavna (bez korištenja tradicionalnog DEPP-a), bila preskupa za proizvodnju i da bi bilo teško ispuniti tehničke zahtjeve za podmorsku elektranu.

Kraljevska švedska mornarica izabrala je VNEU sa Stirlingovim motorom iz nekoliko razloga: velika gustoća snage, niska razina buke, sofisticirane tehnologije proizvodnje dizelskih motora, pouzdanost i jednostavnost rada.

Velika specifična snaga dizelskog motora postiže se izgaranjem dizelskog goriva u kombinaciji s kisikom u komori za izgaranje. Na podmornici se potrebne zalihe kisika pohranjuju u tekućem stanju, što osiguravaju suvremene kriogene tehnologije.

Stirlingov motor je motor s vanjskim izgaranjem. Načelo njegovog rada uključuje korištenje topline koju stvara vanjski izvor i njegovu opskrbu radnom fluidu koji se nalazi u zatvorenoj petlji. DC pretvara toplinu proizvedenu iz vanjskog izvora u mehaničku energiju, koju zatim generator pretvara u istosmjernu struju. Regenerator, koji je dio zatvorenog kruga rada motora, preuzima toplinsku energiju nastalu nakon njegove ekspanzije iz radnog fluida i vraća je natrag u ciklus kada plin promijeni smjer.

DS koristi dvostruke klipove. Prostor iznad klipa je ekspanziona šupljina, a prostor ispod klipa je kompresijska šupljina. Kompresijska šupljina svakog cilindra povezana je vanjskim kanalom preko hladnjaka, regeneratora i grijača s ekspanzijskom šupljinom susjednog cilindra. Zahtijevana kombinacija faza ekspanzije i kompresije postiže se korištenjem distribucijskog mehanizma koji se temelji na koljenastom pogonu. Shematski dijagram Stirlingovog motora prikazan je na slici.

Toplinska energija potrebna za rad dizelskog motora stvara se u visokotlačnoj komori za izgaranje izgaranjem dizelskog goriva i tekućeg kisika. Kisik i dizelsko gorivo u omjeru 4:1 ulaze u komoru za izgaranje, gdje izgaraju.

Kako bi se održala potrebna temperatura radnog procesa i osigurala dovoljna toplinska otpornost materijala, u dizajnu DS-a koristi se poseban sustav recirkulacije plina (GRC). Ovaj sustav je dizajniran

za razrjeđivanje čistog kisika koji ulazi u komoru za izgaranje s plinovima nastalim tijekom izgaranja smjese goriva.

Kada Stirlingov motor radi, dio ispušnih plinova se izbacuje u more, što može dovesti do stvaranja traga mjehurića. To je zbog činjenice da se proces izgaranja u dizelskim motorima odvija s velikim viškom neiskorištenog kisika, koji se ne može odvojiti od ispušnih plinova. Kako bi se smanjio broj mjehurića koji nastaju otapanjem ispušnih plinova u morskoj vodi, koristi se apsorber u kojem se miješaju plinovi i voda. U tom se slučaju ispušni plinovi prethodno hlade u posebnom izmjenjivaču topline s 800 na 25 °C. Radni tlak u komori za izgaranje omogućuje uklanjanje ispušnih plinova na različitim dubinama uranjanja podmornice, sve do radne dubine, što ne zahtijeva upotrebu posebnog kompresora s povećanom bukom za te svrhe.

Budući da je proces vanjske opskrbe toplinom neizbježno popraćen dodatnim gubicima topline, učinkovitost dizel motora je manja od učinkovitosti dizel motora. Povećana korozija ne dopušta korištenje konvencionalnog dizelskog goriva u dizelskim motorima. Potrebno je gorivo s niskim sadržajem sumpora.

Za švedski program usvojen je DS tip V4-275 iz United Sterlinga. Radi se o četverocilindričnom motoru (radni obujam svakog cilindra je 275 cm3). Cilindri su raspoređeni u obliku slova V kako bi se smanjila buka i vibracije. Radni tlak u komori za izgaranje motora je 2 MPa, što osigurava njegovu upotrebu na dubinama podmornice do 200 m. Za rad motora na velikim dubinama potrebna je kompresija ispušnih plinova, što će zahtijevati dodatnu potrošnju energije za uklanjanje ispušnih plinova i dovest će do povećanja razine buke.

Prva elektrana temeljena na DS-u bila je opremljena podmornicom klase Näkken, porinutom nakon modernizacije 1988. godine. Stirlingov motor, spremnici za skladištenje dizelskog goriva, tekućeg kisika i pomoćne opreme smješteni su u dodatni dio s nultim uzgonom, ugrađen u izdržljivi trup podmornice. Zbog toga se duljina čamca povećala za 10 posto, što je neznatno utjecalo na promjenu njegove manevarske sposobnosti.

Dva DS tipa V4-275R rade na DC generatorima snage 75 kW svaki. Motori su smješteni u modulima za izolaciju buke na konstrukcijama za izolaciju vibracija s dvostupanjskom amortizacijom. Kao što su testovi pokazali, DS je sposoban generirati dovoljnu količinu električne energije potrebnu za napajanje sustava na podmornici, osiguranje punjenja baterije i pogon broda brzinom do 4 čvora. Za postizanje većih brzina i pogon elektromotora glavnog propelera, predviđeno je korištenje motora zajedno s baterijom.

Zahvaljujući korištenju kombiniranog pogona, vrijeme krstarenja u potopljenom položaju povećalo se s 3-5 na 14 dana, a brzina patroliranja s 3 na 6 čvorova. Zbog toga je povećana tajnost podmornice.

Prema švedskim stručnjacima, Stirlingov motor pokazao je visoku pouzdanost i mogućnost održavanja u brodskim uvjetima. Njegova emisija buke ne premašuje buku pogonskog elektromotora i niža je za 20-25 dB od buke ekvivalentnog dizel motora.

Švedska mornarica oprema podmornicu klase Gotland ovim pomoćnim VNEU. Ugovor o izgradnji triju podmornica ovog tipa potpisala je vlada zemlje s tvrtkom Kokums u ožujku 1990. godine. Prva podmornica ove serije - "Gotland" - puštena je u službu 1996., sljedeće dvije: "Apland" i "Halland" - 1997. godine. Tijekom modernizacije planira se opremiti podmornice klase Västergotland pomoćnim pogonskim postrojenjima ovog tipa.

Prema stranim izvorima, švedske podmornice opremljene pogonskim postrojenjima s DS već su pokazale dobre rezultate u praksi. Konkretno, tijekom vježbi je dokazana superiornost podmornice Halland nad podmornicom španjolske mornarice s tradicionalnom dizel-električnom elektranom, a njezine poboljšane radne karakteristike pokazane su tijekom zajedničkog putovanja s nuklearnim podmornicama američke i francuske mornarice.

Elektrana s EKG-om. Elektrokemijski generator je uređaj u kojem se kemijska energija goriva izravno pretvara u električnu energiju. Osnova ECG-a su gorivne ćelije (FC), u kojima se proces generiranja električne energije odvija tijekom interakcije goriva i oksidatora, koji se kontinuirano i odvojeno dovode u FC. U principu, gorivna ćelija je vrsta galvanske ćelije. Za razliku od potonjih, gorivne ćelije se ne troše, budući da se aktivne komponente opskrbljuju kontinuirano (gorivo i oksidans).

Tijekom istraživanja ispitane su različite vrste goriva i oksidansa. Najbolji rezultati postignuti su reakcijom kisika i vodika, čijim međudjelovanjem nastaje električna energija i voda.

Proizvodnja istosmjerne struje hladnim izgaranjem vodika i kisika poznata je već dugo i uspješno se koristi za proizvodnju električne energije na podvodnim vozilima. Ovaj princip proizvodnje električne energije korišten je na podmornicama tek 80-ih godina prošlog stoljeća. U PA su kisik i vodik pohranjeni odvojeno u izdržljivim spremnicima pod visokim pritiskom. Iako su elektrokemijski generatori učinkovitiji od baterija, njihova uporaba na podmornicama bila je komplicirana činjenicom da opskrba gorivim reagensima pohranjenima u plinovitom stanju nije dopuštala potrebno trajanje ronjenja.

Najoptimalniji način skladištenja kisika je u tekućem stanju (u kriogenom obliku - na temperaturi od 180 ° C), vodik - u obliku metalnog hidrida.

Do sredine 1980-ih, njemački konzorcij GSC (German Submarine Consortium), uključujući IKL (Ingenieurkontor Lubeck), HDW (Howaldtswerke Deutsche Werft AG) i FS (Ferrostaal), razvio je i napravio eksperimentalnu kopnenu ECG instalaciju sa Siemensovim gorivnim ćelijama. provjeriti zajednički rad njegovih komponenti - gorivnih ćelija, sustava za pohranu vodika i kisika, cjevovoda, sustava upravljanja, kao i interakciju rada s tradicionalnom elektranom

PL. Prototip ECG-a konstruktivno je projektiran na način da se po završetku ispitivanja može bez preinaka ugraditi na operativnu podmornicu. Rezultati ispitivanja na obali pokazali su da se elektrana s ECG-om može učinkovito koristiti na podmornicama.

Godine 1989., u interesu njemačke mornarice, uspješno je završena devetomjesečna serija morskih ispitivanja podmornice U-1 Projekta 205, opremljene pomoćnim VNEU s ECG-om u brodogradilištu HDW. Kao rezultat toga, menadžment ovog tipa zrakoplova odustao je od daljnje izgradnje podmornica samo s dizel-električnim elektranama i odlučio koristiti "hibridne" (DEPP kao glavne i pomoćne elektrane s ECG-om). Daljnja istraživanja usmjerena su na razvoj takvih instalacija s EKG-om kao glavnim.

Strukturno, ECH su elektrokemijski moduli s polimernim membranama (PEM). Svi moduli su instalirani na jednom okviru i mogu se spojiti serijski ili paralelno.

Pomoćni u elektrani s ECG-om su sustav hlađenja morskom vodom i sustav zaostalih plinova. Potonji osigurava naknadno sagorijevanje zaostalog vodika u ventilacijskom sustavu baterije i korištenje zaostalog kisika za potrebe na brodu. Sustav upravljanja elektranom integriran je sa sustavom upravljanja sigurnošću čiji se monitori nalaze u središnjoj upravljačkoj sobi.

Pretvorba energije u gorivim ćelijama odvija se tiho. Elektrana ne sadrži jedinice koje izvode rotacijska ili oscilatorna kretanja. Ima nisko stvaranje topline, zbog čega nema značajan utjecaj na formiranje fizikalnih polja. Jedini pomoćni sustav s rotirajućim dijelovima je sustav hlađenja, ali on nije toliko bučan da bi značajno utjecao na razinu akustičnog polja podmornice.

Za početno aktiviranje reakcija u gorivim ćelijama nije potrebno puno električne energije tako da metalni hidrid pohranjen u cilindrima koji se nalaze u dvostranom prostoru počinje oslobađati vodik i kisik pohranjen u tekućem stanju u kriogenim spremnicima otpornim na udarce izrađenim od niskih -magnetski čelik počinje isparavati.

Ova vrsta elektrane je prilično učinkovita, ima visoku učinkovitost - do 70 posto, au ovom pokazatelju značajno premašuje druge elektrane neovisne o zraku. Usporedni podaci o ovisnosti učinkovitosti različitih tipova VNEU o relativnoj razini izlazne snage prikazani su na grafikonu. Proces pretvorbe energije odvija se pri niskim radnim temperaturama (60-90 °C). Da bi se održao inicijalno započeti elektrokemijski proces, sustav tijekom rada mora proizvesti malu količinu topline. Dio topline koju generira EC može se koristiti za kućanske potrebe, kao što je grijanje. Količina topline koju je potrebno odvesti iz instalacije je mala, pa forsirano hlađenje elektrane morskom vodom ne zahtijeva dugo vrijeme (do dan njenog rada). Voda nastala reakcijom može se koristiti za piće nakon odgovarajuće obrade.

Kombinacija kompaktnih gorivih elemenata spojenih u seriju omogućuje vam dobivanje bilo kojeg potrebnog napona. Regulacija napona se postiže promjenom broja ploča u jedinicama gorivnih ćelija. Najveća snaga može se postići serijskim spajanjem ovih elemenata.

Rad ECG jedinice ne ovisi o dubini uranjanja podmornice. Električna energija proizvedena iz takve elektrane ide izravno u glavnu razvodnu ploču broda. 65 posto troši se za kretanje i potrebe broda, 30 posto. - za sustav hlađenja i sustav zaostalog plina elektrane 5 posto. - za dodatnu opremu elektrane. Pomoćna elektrana može raditi paralelno s baterijom, osiguravajući električni pogon podmornice i napajanje ostalih potrošača, kao i za punjenje baterije.

Planirano je opremanje četiri i dvije podmornice tipa 212A s pomoćnim pogonom s ECG-om, koje se grade za njemačku, odnosno talijansku ratnu mornaricu, kao i izvozna verzija broda tipa 214 za Grčku i Republiku Koreju. ratne mornarice.

Dvije podmornice iz prve podserije čamaca tipa 212A za njemačku ratnu mornaricu opremljene su pomoćnom elektranom s ECG-om nazivne snage oko 300 kW s devet gorivih ćelija po 34 kW. Brodovi druge podserije planiraju se opremiti s dvije gorive ćelije od 120 kW. Imat će gotovo iste karakteristike težine i veličine kao gorivne ćelije od 34 kW, ali će im se u isto vrijeme učinkovitost povećati za 4 puta. Podmornica tipa 212A moći će ostati uronjena otprilike dva tjedna. Nazivna snaga ove instalacije omogućit će vam postizanje brzine do 8 čvorova bez korištenja baterije.

Modularni dizajn elektrana temeljenih na gorivnim ćelijama ne samo da olakšava njihovu ugradnju na podmornice u izgradnji, već im omogućuje i opremanje već izgrađenim, čak i onima koje su izgrađene prema licencama u brodogradilištima zemalja koje uvoze njemačke podmornice.

Osim toga, takvu elektranu, prema riječima njemačkih stručnjaka, karakterizira visoka održivost i dulji vijek trajanja.

Jedinica parne turbine zatvorenog ciklusa (STU). PTU MESMA (Module d'Energie Sous-Marin Autonome), koji radi po zatvorenom Rankineovom ciklusu, razvio je brodograđevni odjel francuske mornarice DCN za izvoz. Francuske tvrtke Tecnicatom, Thermodyne, Air Liquid i druge uključene su u njegova proizvodnja Bertin, kao i brodogradilište Empresa Nacional Bazan (Španjolska).

MESMA je dvokružna instalacija. U prvom krugu, kao rezultat izgaranja etanola u kisiku, nastaje rashladno sredstvo (parni plin) koji prolazi kroz stazu generatora pare i daje toplinu vodi koja cirkulira u drugom krugu. Voda se pretvara u paru pod visokim pritiskom, koja vrti parnu turbinu spojenu na generator. Kisik se na podmornici skladišti u posebnim spremnicima u tekućem stanju. Produkti reakcije izgaranja su voda i ispušni plinovi ispušteni u more. To može dovesti do povećanja vidljivosti podmornica.

Izgaranje u komori za izgaranje događa se pod tlakom od 6 MPa, zbog čega instalacija može raditi na dubinama do 600 m, tako da nema potrebe za korištenjem kompresora za uklanjanje produkata izgaranja u more.

Učinkovitost elektrane s parnom turbinom MESMA iznosi 20 posto, što je posljedica velikih gubitaka tijekom višestruke pretvorbe energije - izgaranja goriva, proizvodnje pregrijane pare, stvaranja trofazne struje i njezine naknadne pretvorbe u istosmjernu.

Cjelokupna instalacija u cjelini prilično je kompaktna i montirana je u dijelu izdržljivog kućišta duljine 10 m i širine 7,8 m. Kisik se u tekućem stanju skladišti u cilindrima postavljenim na posebne nosače za amortizaciju udaraca unutar izdržljivog kućišta podmornice u okomiti položaj.

U rujnu 1998. dovršena su probna ispitivanja prototipa elektrane MESMA. U travnju 2000. u brodogradilištu u Cherbourgu proizvedena je prva brodska elektrana smještena u dijelu tlačnog trupa. Nakon završetka primopredajnih ispitivanja, modul s elektranom trebao je biti poslan u Pakistan za opremanje podmornice Ghazi tipa Agosta 90B koja se tamo gradi prema francuskoj licenci. Ovo je prva podmornica ovog tipa na koju će tijekom izgradnje biti ugrađena pomoćna elektrana neovisna o zraku. Druge dvije podmornice, izgrađene ranije, planiraju se njima opremiti kasnije - u procesu modernizacije i popravka.

Korištenje pomoćnih pogonskih postrojenja neovisnih o zraku na nenuklearnim podmornicama omogućilo je poboljšanje njihovih radnih karakteristika u pogledu trajanja podvodne plovidbe, što je povećalo skrivenost čamaca i proširilo njihove borbene sposobnosti. Osim podmornica u izgradnji, pomoćne VNEU mogu se opremiti postojećim dizel podmornicama u procesu njihove modernizacije. Daljnji razvoj tehnologije i dobivanje na toj osnovi kvalitativno novih karakteristika VNEU najvjerojatnije će omogućiti nenuklearnim podmornicama da riješe probleme svojstvene nuklearnim podmornicama.

Za komentiranje morate se registrirati na stranici.

odnosno, za razliku od motora s unutarnjim izgaranjem, motor s unutarnjim izgaranjem, gdje je radna tekućina istovremeno izgorjelo gorivo unutar cilindra, kod Stirlinga gorivo izgara izvana, zagrijava radnu tekućinu (zrak) unutar cilindra, a zatim, kao i obično, ručica, itd.

u ovom članku nisam vidio stvarnu glavnu pozicioniranu značajku, anaerobnost, odnosno, kao što motor s unutarnjim izgaranjem treba kisik za izgaranje, tako se i kod miješanja koristi isti proces izgaranja, odnosno kisik je i dalje potreban
izgaranje se jednostavno prenosi iznutra prema van i to je sve. Pa i Stirling gori kontinuirano, a ne pulsirajuće, eksplozivno kao u motoru s unutarnjim izgaranjem, otuda njegova bešumnost, što je korisno za podmornicu. Ali to su sve prednosti

Mislio sam da će se umjesto izgaranja koristiti neke druge egzotermne kemijske reakcije, na primjer, uz sudjelovanje vode umjesto kisika, što je i logično, na kopnu ima puno kisika okolo, ispod vode je vlastita voda.
Ne znam, sipati u cilindar ili izvan njega, dobro, barem živo vapno, i zaliti vodom, pretvoriti generiranu toplinu u rotaciju
zašto deklarirati anaerobni motor i još uvijek koristiti kisik?

nadalje, ako razvijemo ideju - projekt koristi električni motor kao glavni pogonski motor, a stirling će biti potreban samo za ponovno punjenje baterija, pa zar ne bi bilo lakše usredotočiti se na način izravne proizvodnje EMF-a kroz kemijske reakcije bez mehanike?
Ovo me podsjetilo na to kako sam ljeti, na dači bez struje, spojio pretvarač 220 na akumulator automobila, na koji sam spojio štedne žarulje s niskonaponskim LED diodama. Onda mi je sinulo da je glupo prvo dizati napon sa 12 na 220, pa onda u žarulji opet padati, napravio sam kućnu ledicu od 12V i baterija je počela trajati tri puta duže..

U sovjetsko doba u Podolsku su se izrađivale baterije sa suhim punjenjem, čije su ploče bile prešane sa sastavom koji odgovara napunjenom stanju olovne baterije. Takav akumulator može jako dugo stajati u skladištu i puniti se, zatim kupac u njega ulije elektrolit i odmah ga stavlja na auto. Na primjer, na podmornicu ukrcati suhe ploče s elektrolitom koji se tijekom kretanja potroše i zamijene svježima, a zatim se na doku ukrca novi materijal, poput goriva, a iskorišteni se istovari i tvornički regenerira u novi na suho punjenje. Svi. Bez dvostruke pretvorbe uz učinkovitost parne lokomotive, bez kisika, istinski anaerobni krug.

Pa, s olovnom baterijom to je samo misao na brzinu, možete smisliti mnogo savršeniji proces, na primjer na litiju, ovo je minus težina i minus opasna kiselina