Anaerobā piedziņas sistēma. Anaerobā spēkstacija

Stirlinga dzinējs, kura darbības princips kvalitatīvi atšķiras no visiem iekšdedzes dzinējiem ierastā, savulaik bija pēdējiem cienīgs konkurents. Tomēr viņi kādu laiku par to aizmirsa. Kā šis motors tiek izmantots šodien, kāds ir tā darbības princips (rakstā varat atrast arī Stirlinga dzinēja rasējumus, kas skaidri parāda tā darbību), un kādas ir turpmākas izmantošanas perspektīvas, lasiet tālāk.

Stāsts

1816. gadā Skotijā Roberts Stērlings patentēja to, kas šodien nosaukts par godu tās izgudrotājam. Pirmie karstā gaisa dzinēji tika izgudroti pirms viņa. Bet Stērlings pievienoja ierīcei attīrītāju, ko tehniskajā literatūrā sauc par reģeneratoru jeb siltummaini. Pateicoties viņam, palielinājās motora veiktspēja, vienlaikus saglabājot ierīci siltu.

Dzinējs tika atzīts par izturīgāko tvaika dzinēju tajā laikā, jo tas nekad nav eksplodējis. Pirms viņa citos motoros šī problēma radās bieži. Neskatoties uz straujajiem panākumiem, divdesmitā gadsimta sākumā tā izstrāde tika pārtraukta, jo kļuva mazāk ekonomiska nekā citi toreiz parādījušies iekšdedzes dzinēji un elektromotori. Tomēr Stirling joprojām tika izmantots dažās nozarēs.

Ārdedzes dzinējs

Visu siltumdzinēju darbības princips ir tāds, ka, lai iegūtu gāzi izpūstā stāvoklī, ir nepieciešami lielāki mehāniskie spēki nekā saspiežot aukstu. Lai to pierādītu, varat veikt eksperimentu ar diviem katliem, kas piepildīti ar aukstu un karstu ūdeni, kā arī pudeli. Pēdējo iemērc aukstā ūdenī, aizbāž ar korķi, pēc tam pārnes uz karstu. Šajā gadījumā gāze pudelē sāks veikt mehānisku darbu un izspiest korķi. Pirmais ārējās iekšdedzes dzinējs tika pilnībā balstīts uz šo procesu. Tiesa, vēlāk izgudrotājs sapratis, ka daļu siltuma var izmantot apkurei. Tādējādi produktivitāte ir ievērojami palielinājusies. Bet pat tas nepalīdzēja dzinējam kļūt izplatītam.

Vēlāk Ēriksons, inženieris no Zviedrijas, uzlaboja konstrukciju, ierosinot gāzi atdzesēt un sildīt ar nemainīgu spiedienu, nevis tilpumu. Tā rezultātā daudzus eksemplārus sāka izmantot darbam raktuvēs, uz kuģiem un tipogrāfijās. Taču ekipāžām tās bija pārāk smagas.

Philips ārējās iekšdedzes dzinēji

Šādi motori ir šāda veida:

• tvaiks;
• tvaika turbīna;
• Stērlings.

Pēdējais veids netika izstrādāts zemās uzticamības un citu ne augstāko rādītāju dēļ, salīdzinot ar cita veida vienībām, kas parādījās. Tomēr Philips atsāka darbu 1938. gadā. Dzinēji sāka kalpot, lai darbinātu ģeneratorus neelektrificētās vietās. 1945. gadā uzņēmuma inženieri tiem atrada pretēju pielietojumu: ja vārpstu griež elektromotors, tad cilindra galvas dzesēšana sasniedz mīnus simts deviņdesmit grādus pēc Celsija. Tad tika nolemts saldēšanas iekārtās izmantot uzlabotu Stirlinga dzinēju.

Darbības princips

Motora darbība ir saistīta ar termodinamiskiem cikliem, kuros saspiešana un izplešanās notiek dažādās temperatūrās. Šajā gadījumā darba šķidruma plūsmas regulēšana tiek īstenota mainīgā tilpuma (vai spiediena - atkarībā no modeļa) dēļ. Šis ir lielākās daļas šo iekārtu darbības princips, kurām var būt dažādas funkcijas un dizains. Dzinēji var būt virzuļveida vai rotējoši. Mašīnas ar to instalācijām darbojas kā siltumsūkņi, ledusskapji, spiediena ģeneratori un tā tālāk.

Papildus ir atvērta cikla motori, kur plūsmas kontrole tiek realizēta caur vārstiem. Tieši viņi tiek saukti par Erickson dzinējiem papildus Stirling vārda parastajam nosaukumam. Iekšdedzes dzinējā noderīgs darbs tiek veikts pēc gaisa iepriekšējas saspiešanas, degvielas iesmidzināšanas, iegūtā maisījuma sildīšanas, kas sajaukts ar degšanu un izplešanos.

Stirlinga dzinējam ir tāds pats darbības princips: zemā temperatūrā notiek saspiešana, bet augstā temperatūrā - izplešanās. Bet apkure tiek veikta dažādos veidos: siltums tiek piegādāts caur cilindra sienu no ārpuses. Tāpēc viņš saņēma ārdedzes dzinēja nosaukumu. Stirlings izmantoja periodiskas temperatūras izmaiņas ar pārvietošanas virzuli. Pēdējais pārvieto gāzi no viena cilindra dobuma uz otru. No vienas puses, temperatūra pastāvīgi ir zema, un, no otras puses, tā ir augsta. Kad virzulis virzās uz augšu, gāze pārvietojas no karstas uz aukstu dobumu, un, virzoties uz leju, tā atgriežas karstā. Pirmkārt, gāze atdod daudz siltuma ledusskapim, un pēc tam tā saņem tik daudz siltuma no sildītāja, cik izdalīja. Starp sildītāju un dzesētāju ir novietots reģenerators - dobums, kas piepildīts ar materiālu, kuram gāze izdala siltumu. Apgrieztā plūsmā reģenerators to atgriež.

Izstumšanas sistēma ir savienota ar darba virzuli, kas aukstumā saspiež gāzi un ļauj tai izplesties siltumā. Pateicoties kompresijai zemākā temperatūrā, tiek veikts lietderīgs darbs. Visa sistēma iet cauri četriem cikliem ar periodiskām kustībām. Kloķa mehānisms vienlaikus nodrošina nepārtrauktību. Tāpēc asas robežas starp cikla posmiem netiek ievērotas, un Stērlings nesamazinās.

Ņemot vērā visu iepriekš minēto, secinājums liek domāt, ka šis dzinējs ir virzuļa mašīna ar ārēju siltuma padevi, kurā darba šķidrums neiziet no slēgtās telpas un netiek nomainīts. Stirlinga dzinēja rasējumi labi ilustrē ierīci un tās darbības principu.

Darba detaļas

Saule, elektrība, kodolenerģija vai jebkurš cits siltuma avots var nodrošināt Stirlinga dzinēja jaudu. Viņa ķermeņa darbības princips ir izmantot hēliju, ūdeņradi vai gaisu. Ideālam ciklam maksimālā iespējamā termiskā efektivitāte ir no trīsdesmit līdz četrdesmit procentiem. Bet ar efektīvu reģeneratoru tas varēs strādāt ar lielāku efektivitāti. Reģenerāciju, apkuri un dzesēšanu nodrošina iebūvētie bezeļļas siltummaiņi. Jāņem vērā, ka dzinējam ir nepieciešams ļoti maz eļļošanas. Vidējais spiediens cilindrā parasti ir no 10 līdz 20 MPa. Tāpēc šeit ir nepieciešama lieliska blīvējuma sistēma un iespēja eļļai iekļūt darba dobumos.

Salīdzinošās īpašības

Lielākā daļa mūsdienās ekspluatējamo šāda veida dzinēju izmanto šķidro degvielu. Tajā pašā laikā nepārtrauktu spiedienu ir viegli kontrolēt, kas palīdz samazināt emisijas. Vārstu trūkums nodrošina klusu darbību. Jaudas attiecība pret svaru ir salīdzināma ar dzinējiem ar turbokompresoru, un izejas jaudas blīvums ir vienāds ar dīzeļa agregāta jaudas blīvumu. Ātrums un griezes moments ir neatkarīgi viens no otra.

Dzinēja ražošanas izmaksas ir daudz augstākas nekā iekšdedzes dzinēja ražošanas izmaksas. Bet darbības laikā tiek iegūts pretējais.

Priekšrocības

Jebkuram Stirlinga dzinēja modelim ir daudz priekšrocību:

• Efektivitāte ar modernu dizainu var sasniegt pat septiņdesmit procentus.
• Dzinējam nav augstsprieguma aizdedzes sistēmas, sadales vārpstas un vārstu. Tas nebūs jāpielāgo visā darbības laikā.
• Stērlingsā nav sprādziena, kā iekšdedzes dzinējā, kas stipri noslogo kloķvārpstu, gultņus un klaņi.
• Viņiem nav tādas ietekmes, kad viņi saka, ka "dzinējs ir apstājies".
• Ierīces vienkāršības dēļ to var darbināt ilgu laiku.
• Tas var darboties gan ar koksni, gan ar kodoldegvielu un jebkura cita veida degvielu.
• Degšana notiek ārpus dzinēja.

Trūkumi

Pieteikums

Šobrīd Stirlinga dzinējs ar ģeneratoru tiek izmantots daudzās jomās. Tas ir universāls elektroenerģijas avots ledusskapjos, sūkņos, zemūdenēs un saules elektrostacijās. Pateicoties dažādu veidu degvielas izmantošanai, to ir iespējams plaši izmantot.

atdzimšana

Šie motori atkal ir izstrādāti, pateicoties Philips. Divdesmitā gadsimta vidū General Motors noslēdza ar to līgumu. Viņa vadīja Stirlinga izmantošanas izstrādi kosmosa un zemūdens ierīcēs, uz kuģiem un automašīnām. Pēc tiem cits uzņēmums no Zviedrijas, United Stirling, sāka tos izstrādāt, ieskaitot iespējamo izmantošanu

Mūsdienās lineāro Stirlinga dzinēju izmanto zemūdens, kosmosa un saules transportlīdzekļu instalācijās. Liela interese par to ir saistīta ar vides degradācijas jautājumu aktualitāti, kā arī cīņu pret troksni. Kanādā un ASV, Vācijā un Francijā, kā arī Japānā notiek aktīvi meklējumi tās izstrādei un izmantošanas uzlabošanai.

Nākotne

Acīmredzamās virzuļa un Stirlinga priekšrocības, kas ietver ilgu kalpošanas laiku, dažādu degvielu izmantošanu, klusumu un zemu toksicitāti, padara to par ļoti daudzsološu uz iekšdedzes dzinēja fona. Tomēr, ņemot vērā faktu, ka iekšdedzes dzinējs laika gaitā ir uzlabots, to nevar viegli pārvietot. Tā vai citādi, tieši šāds dzinējs šodien ieņem līderpozīcijas un tuvākajā laikā nedomā no tiem atteikties.

”, Federālais valsts vienotais uzņēmums (FSUE) “Krilovas zinātniskais centrs” paziņoja, ka pirmās zemūdenes ar anaerobo, tas ir, no gaisa neatkarīgu spēkstaciju (VNEU) izveide radīs ievērojamu tehnoloģisku izrāvienu kuģu būvē.

Ir izveidots zinātniski tehniskais pamats no gaisa neatkarīgām instalācijām. Izstrādāta tvaika riforminga iekārta ar elektroķīmisko ģeneratoru uz cieto elementu bāzes. Tā rūpnieciskais dizains ir izveidots. No fundamentālajām tehnoloģijām tā īsteno ūdeņraža ražošanu no dīzeļdegvielas, elektroķīmiska ģeneratora izveidi, kas no ūdeņraža iegūst elektrisko strāvu, un pirmā cikla atkritumu izņemšanu. Tas ir, reakcijas laikā radītais CO2. Šī problēma vēl tiek precizēta, taču ar atbilstošu finansējumu tā tiks atrisināta.

- sacīja norādītā uzņēmuma izpilddirektors Mihails Zagorodņikovs.

Pirmkārt, VNEU atbrīvo kuģi no nepieciešamības uzpeldēt uz virsmas, lai uzlādētu akumulatorus un papildinātu gaisa padevi, kas nepieciešama dīzeļģeneratoru darbībai iegremdētā stāvoklī.

Kā norādīts, šobrīd vācieši, kas izveidoja . 2014. gadā Francijas DCNS paziņoja par saviem panākumiem šajā virzienā, aprīkojot Scorpene klases zemūdeni ar attiecīgo instalāciju. Uzņēmuma lielākais zemūdenes projekts, ko pieprasa Austrālijas flote, ir SMX Ocean (aka Shortfin Barracuda). Indijā VNEU tiek izstrādāta saistībā ar Kalvari tipa laivām (pamatojoties uz Scorpene).

Atšķirībā no minētās ārvalstu pieredzes, Krievijas VNEU paredz pavisam citu darbības metodi: ūdeņradis netiek transportēts uz kuģa, bet tiek iegūts tieši rūpnīcā, izmantojot dīzeļdegvielas riformingu.

Jūras spēku bruņojuma jomas eksperts Vladimirs Ščerbakovs uzskata, ka zemūdenes ar VNEU ļauj veiksmīgi darboties ienaidnieka stingri kontrolētos ūdeņos.

Spēja neizcelties uz virsmas ir svarīga vietās, kur aktīvi darbojas ienaidnieka pretzemūdeņu spēki. Pietiek atgādināt, kāds viegls laupījums vāciešiem bija mūsu laivas Baltijas jūrā Lielā Tēvijas kara laikā. Līdzīga situācija izveidojās arī vācu zemūdenēm Ziemeļatlantijā kara beigās.

Viņaprāt, šāda veida laivām ir augsts eksporta potenciāls, īpaši valstīs, kurām nav kodolzemūdeņu flotes. Krievijai, kā viņš uzskata, šajā posmā pietiek tikai aprobežoties ar pāris Lada projekta laivām tehnoloģiju testēšanai un speciālistu apmācībai.

Labi apgūtais seriāls Varšavjankas tagad diezgan labi tiek galā ar bāzu un krastu aizsardzību no ienaidnieka kodolzemūdenēm.

Šobrīd Sanktpēterburgā būvē Admiralitātes kuģu būvētavas: Kronštate un Veļikije Luki. Šī projekta vadošā zemūdene Sanktpēterburga tiek izmēģināta Ziemeļu flotē. Uz tās vēl nav nevienas anaerobās spēkstacijas.

Projekta Amur-950 zemūdenes renderēšana ar anaerobo spēkstaciju

Centrālais dizaina birojs MT "Rubin"

Perspektīvā Krievijas anaerobā elektrostacija, kuru plānots uzstādīt uz projekta 677 eksperimentālās zemūdenes "Lada" un jaunās Kalina projekta zemūdenes bez kodola, saņems dubultas ietilpības akumulatoru. Saskaņā ar Mil.Press FlotProm datiem, uzlabotā akumulatora elektriskā jauda būs simts kilovatu, nevis 50 pašreizējā paraugā. Jauna akumulatora izstrādi un testēšanu zemūdeņu anaerobajām spēkstacijām plānots pabeigt līdz 2020. gadam.

Mūsdienu dīzeļelektriskajām zemūdenēm ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar lielākām kodolzemūdenēm. Viena no galvenajām šādām priekšrocībām ir gandrīz pilnīga trases trokšņainība iegremdētā stāvoklī, jo šajā gadījumā par kuģa kustību ir atbildīgi tikai klusi elektromotori, kurus darbina akumulatori. Šo bateriju uzlāde tiek veikta no dīzeļa ģeneratoriem virsmas stāvoklī vai dziļumā, no kura iespējams uzstādīt snorkeli, speciālu cauruli, pa kuru ģeneratoriem var piegādāt gaisu.

Parasto dīzeļelektrisko zemūdeņu trūkumi ietver salīdzinoši īso laiku, ko kuģis var pavadīt zem ūdens. Labākajā gadījumā tas var sasniegt trīs nedēļas (salīdzinājumam šis skaitlis kodolzemūdenēm ir 60-90 dienas), pēc tam zemūdenei būs jāpaceļas uz virsmas un jāiedarbina dīzeļģeneratori. Anaerobā spēkstacija, kurai nav nepieciešams āra gaiss, ļaus zemūdenei, kas nav kodolenerģija, palikt iegremdēta daudz ilgāk. Piemēram, Lada projekta zemūdene ar šādu instalāciju var atrasties zem ūdens 45 dienas.

Daudzsološa Krievijas anaerobā spēkstacija ekspluatācijā izmantos augsti attīrītu ūdeņradi. Šo gāzi uz kuģa iegūs no dīzeļdegvielas, reformējot, tas ir, pārvēršot degvielu ūdeņradi saturošā gāzē un aromātiskajos ogļūdeņražos, kas pēc tam izies cauri ūdeņraža reģenerācijas blokam. Pēc tam ūdeņradis tiks ievadīts ūdeņraža-skābekļa degvielas šūnās, kur tiks ražota elektroenerģija dzinējiem un borta sistēmām.

Akumulators BTE-50K-E testēšanas stendā

Krilova Valsts pētniecības centrs

Akumulatoru, ko citādi sauc par elektroķīmisko ģeneratoru, izstrādā Centrālais Jūras elektrotehnikas un tehnoloģiju pētniecības institūts. Šis akumulators, kas ģenerē elektroenerģiju, reaģējot ar ūdeņradi un skābekli, tika nosaukts BTE-50K-E. Tā jauda ir 50 kilovati. Uzlabotā akumulatora jauda būs simts kilovatu. Jaunais akumulators būs daļa no daudzsološu zemūdeņu, kas nav kodolieroču, jaudas moduļi ar jaudu 250-450 kilovati.

Papildus pašiem elektroķīmiskajiem elementiem, ko citādi dēvē par ūdeņraža degvielas šūnām, šādos moduļos būs iekļauti ogļūdeņraža degvielas pārveidotāji. Tieši tajās notiks dīzeļdegvielas reformēšanas process. Kā Mil.Press FlotProm pastāstīja viens no jaunā akumulatora izstrādātājiem, ogļūdeņraža degvielas pārveidotājs šobrīd ir izstrādes stadijā. Iepriekš tika ziņots, ka anaerobās spēkstacijas izstrādi zemūdenēm plānots pabeigt līdz 2018.gada beigām.

Pagājušā gada februārī Džordžijas Tehnoloģiju institūta pētnieki par kompakta četrtaktu virzuļa bloka izstrādi metāna katalītiskajai riformingam un ūdeņraža ražošanai. Jaunas vienības var savienot kopā, tādējādi palielinot ūdeņraža iznākumu. Uzstādīšana ir diezgan kompakta un neprasa spēcīgu apkuri. Reaktors darbojas četrtaktu ciklā. Pirmajā gājienā metāns, kas sajaukts ar tvaiku, caur vārstiem tiek ievadīts cilindrā. Šajā gadījumā virzulis cilindrā vienmērīgi nolaižas. Kad virzulis sasniedz apakšējo punktu, maisījuma padeve tiek bloķēta.

Otrajā gājienā virzulis paceļas, saspiežot maisījumu. Tajā pašā laikā cilindrs tiek uzkarsēts līdz 400 grādiem pēc Celsija. Augsta spiediena un apkures apstākļos notiek pārveidošanas process. Izdaloties ūdeņradim, tas iziet cauri membrānai, kas aptur oglekļa dioksīdu, kas arī veidojas reformēšanas laikā. Oglekļa dioksīdu absorbē adsorbējošais materiāls, kas sajaukts ar katalizatoru.

Trešajā gājienā virzulis nolaižas līdz zemākajam stāvoklim, strauji samazinot spiedienu cilindrā. Šajā gadījumā no adsorbējošā materiāla izdalās oglekļa dioksīds. Tad sākas ceturtais gājiens, kurā vārsts atveras cilindrā, un virzulis atkal sāk celties. Ceturtā gājiena laikā oglekļa dioksīds tiek izspiests no cilindra atmosfērā. Pēc ceturtā pasākuma cikls sākas no jauna.

Vasilijs Sičevs

"Ārvalstu militārais apskats" Nr.6.2004. (59.-63. lpp.)

Kapteinis 1. pakāpe N. SERGEJVS,

kapteinis 1. pakāpe I. JAKOVĻEVS,

kapteinis 3. pakāpe S. IVANOV

Zemūdenes ar tradicionālo dīzeļelektrostaciju (PP) ir diezgan efektīvs līdzeklis savu specifisko uzdevumu risināšanai, un tām ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar zemūdenēm, īpaši, ja tās darbojas jūras piekrastes un seklā ūdens zonās. Šīs priekšrocības ietver zemu trokšņa līmeni, augstu manevrēšanas spēju pie maziem ātrumiem un triecienu jaudu, kas ir salīdzināma ar PLA. Turklāt ar kodolenerģiju nesaistītu zemūdeņu iekļaušana Jūras spēkos lielā mērā ir saistīta ar zemajām to izveides un ekspluatācijas izmaksām. Tajā pašā laikā tiem ir vairāki trūkumi, jo īpaši ierobežots laiks, kas pavadīts iegremdētā stāvoklī, jo akumulatora akumulatorā (AB) ir neliels enerģijas daudzums. Lai uzlādētu AB, zemūdene ir spiesta uzpeldēt uz virsmas vai izmantot dīzeļdzinēju zem ūdens (RDP) režīmā, kā rezultātā palielinās tās noteikšanas iespējamība ar radara, infrasarkano, optoelektronisko un akustisko līdzekļu palīdzību. Navigācijas laika attiecību saskaņā ar RPD, kas nepieciešams, lai uzlādētu akumulatorus, un akumulatora izlādes periodu sauc par "nolaidības pakāpi".

Ir vairāki veidi, kā palielināt kreisēšanas diapazonu zem ūdens, no kuriem galvenie ir zinātnes, tehnikas un tehnoloģiju attīstība, lai uzlabotu tradicionālo zemūdeņu, kas nav kodolieroču, spēkstaciju un tās sastāvdaļas. Tomēr mūsdienu apstākļos šī virziena īstenošana nevar pilnībā nodrošināt galvenās problēmas risinājumu. Izeja no šīs situācijas, pēc ārvalstu ekspertu domām, ir uz zemūdenes izmantot no gaisa neatkarīgu spēkstaciju (VNEU), kas var kalpot kā palīgierīce.

Veiksmīgie rezultāti, kas tika iegūti, strādājot pie šīs tēmas, ļāva aprīkot jaunuzbūvētus VNEU palīgierīces un modernizēt ekspluatācijā dīzeļelektriskās zemūdenes. Pēdējā robustajā korpusā ietriecas papildu nodalījums, kurā atrodas pati spēkstacija, tvertnes degvielas un oksidētāja uzglabāšanai, tvertnes patērējamo reaģentu masas nomaiņai, palīgmehānismi un aprīkojums, kā arī vadības un vadības ierīces. Nākotnē VNEU plānots izmantot zemūdenēs kā galveno.

Pašlaik ir četri galvenie no gaisa neatkarīgu spēkstaciju veidi: slēgta cikla dīzeļdzinējs (DZT), Stirlinga dzinējs (DS), kurināmā elementi jeb elektroķīmiskais ģenerators (EKG) un slēgta cikla tvaika turbīnu iekārta.

Galvenās prasības VNEU ietver: zemu trokšņu līmeni, zemu siltuma ražošanu, pieļaujamā svara un izmēra raksturlielumus, ekspluatācijas vienkāršību un drošību, ilgu kalpošanas laiku un zemas izmaksas, iespēju izmantot esošo piekrastes infrastruktūru. Visvairāk šīm prasībām atbilst palīgelektrostacijas ar Stirlinga dzinēju, EKG un slēgta cikla tvaika turbīnu iekārtu. Tāpēc vairāku valstu flotes aktīvi strādā pie to praktiskā pielietojuma uz zemūdenēm, kas nav saistītas ar kodolenerģiju.

Spēkstacija ar Stirlinga dzinēju. 1982. gadā pēc valdības pasūtījuma savu attīstību uzsāka zviedru kompānija Kokums Marine AV. Eksperti sākotnēji uzskatīja VNEU ar Stirlinga dzinēju kā palīgierīci, kas darbojas kopā ar tradicionālo dīzeļelektrostaciju (DEEU). Viņu pētījumi ir parādījuši, ka jauna iekārta, kas izveidota kā galvenā (neizmantojot tradicionālo dīzeļelektrostaciju), būs pārāk dārga ražošanai un zemūdens spēkstacijas tehniskās prasības būs grūti izpildāmas.

Zviedrijas karaliskā flote izvēlējās VNEU ar Stirlinga dzinēju vairāku iemeslu dēļ: liels jaudas blīvums, zems trokšņu līmenis, labi attīstītas dīzeļdzinēju ražošanas tehnoloģijas, uzticamība un darbības vienkāršība.

DS augstā īpatnējā jauda tiek panākta, sadedzinot dīzeļdegvielu kombinācijā ar skābekli sadegšanas kamerā. Uz zemūdenes nepieciešamā skābekļa padeve tiek uzglabāta šķidrā stāvoklī, ko nodrošina mūsdienu kriogēnās tehnoloģijas.

Stirlinga dzinējs ir ārējās iekšdedzes dzinējs. Tās darbības princips paredz ārēja avota radītā siltuma izmantošanu un tā piegādi darba šķidrumam, kas atrodas slēgtā ķēdē. DS ārēja avota radīto siltumu pārvērš mehāniskā enerģijā, ko pēc tam ģenerators pārvērš līdzstrāvā. Reģenerators, kas ir daļa no dzinēja slēgtās darba ķēdes, ņem siltumenerģiju no darba šķidruma, kas veidojas pēc tā izplešanās, un atgriež to ciklā, kad gāze maina virzienu.

DS izmanto divkāršas darbības virzuļus. Telpa virs virzuļa ir izplešanās dobums, un telpa zem virzuļa ir kompresijas dobums. Katra cilindra kompresijas dobums ir savienots ar ārēju kanālu caur dzesētāju, reģeneratoru un sildītāju ar blakus esošā cilindra izplešanās dobumu. Nepieciešamā izplešanās un saraušanās fāžu kombinācija tiek panākta, izmantojot uz kloķi balstītu sadales mehānismu. Stirlinga dzinēja shematiska diagramma ir parādīta attēlā.

DS darbībai nepieciešamā siltumenerģija tiek ģenerēta augstspiediena sadegšanas kamerā, sadedzinot dīzeļdegvielu un šķidro skābekli. Skābeklis un dīzeļdegviela proporcijā 4:1 nonāk sadegšanas kamerā, kur tās sadedzina.

Lai uzturētu nepieciešamo darba procesa temperatūru un nodrošinātu materiālu pietiekamu siltumnoturību, DS projektēšanā tiek izmantota speciāla gāzes recirkulācijas sistēma (GRC). Šī sistēma ir izstrādāta

tīru skābekli, kas nonāk sadegšanas kamerā, atšķaidīt ar gāzēm, kas rodas degmaisījuma sadegšanas laikā.

Stirlinga dzinēja darbības laikā daļa izplūdes gāzu tiek izvadīta aiz borta, kas var izraisīt burbuļu pēdas veidošanos. Tas ir saistīts ar faktu, ka degšanas process DS notiek ar lielu neizmantotā skābekļa pārpalikumu, ko nevar atdalīt no izplūdes gāzēm. Lai samazinātu burbuļu skaitu, kas veidojas, izplūdes gāzēm šķīstot jūras ūdenī, tiek izmantots absorbents, kurā tiek sajauktas gāzes un ūdens. Šajā gadījumā izplūdes gāzes tiek iepriekš atdzesētas speciālā siltummainī no 800 līdz 25 °C. Darba spiediens sadegšanas kamerā ļauj noņemt izplūdes gāzes dažādos zemūdenes iegremdēšanas dziļumos, līdz pat darba, kam nav nepieciešams šim nolūkam izmantot speciālu kompresoru, kam ir paaugstināts troksnis.

Tā kā ārējās siltuma padeves procesu neizbēgami pavada papildu siltuma zudumi, dīzeļdzinēja efektivitāte ir mazāka nekā dīzeļdzinējam. Paaugstināta korozija neļauj izmantot parasto dīzeļdegvielu DS. Nepieciešama degviela ar zemu sēra saturu.

Zviedrijas programmai tika pieņemts V4-275 tipa DS no United Sterling. Tas ir četru cilindru dzinējs (katra cilindra darba tilpums ir 275 cm3). Cilindri ir izvietoti V formā, lai samazinātu troksni un vibrāciju. Darba spiediens dzinēja sadegšanas kamerā ir 2 MPa, kas nodrošina tā izmantošanu zemūdens iegremdēšanas dziļumā līdz 200 m Dzinēja darbībai lielā dziļumā ir nepieciešama izplūdes gāzu kompresija, kas prasīs papildu jaudas patēriņu izplūdes gāzēm noņemšana un izraisīs trokšņa līmeņa paaugstināšanos.

Pirmā uz DS balstītā spēkstacija tika aprīkota ar Necken tipa zemūdeni, kas tika palaists ūdenī pēc modernizācijas 1988. gadā. Stirlinga dzinējs, dīzeļdegvielas, šķidrā skābekļa un palīgiekārtu uzglabāšanas tvertnes tika novietotas papildu sekcijā ar nulles peldspēju, kas iestrādāta spēcīgajā zemūdenes korpusā. Pateicoties tam, laivas garums palielinājās par 10 procentiem, kas nedaudz ietekmēja tās manevrēšanas spējas izmaiņas.

Divi DS tipa V4-275R darbojas uz līdzstrāvas ģeneratoriem ar jaudu 75 kW. Motori ir izvietoti trokšņa izolācijas moduļos uz vibrācijas izolējošām konstrukcijām ar divpakāpju slāpēšanu. Kā liecina testi, DS spēj saražot pietiekamu elektroenerģijas daudzumu, kas nepieciešams, lai darbinātu zemūdenes borta sistēmas, nodrošinātu akumulatora uzlādi un laivu pārvietotu ar ātrumu līdz 4 mezgliem. Lai sasniegtu lielākus braukšanas ātrumus un barošanas padevi galvenajam dzinējspēkam, plānots izmantot motoru kopā ar AB.

Pateicoties kombinētās spēkstacijas izmantošanai, navigācijas laiks iegremdētā stāvoklī palielinājās no 3-5 līdz 14 dienām, bet patruļas ātrums - no 3 līdz 6 mezgliem. Līdz ar to ir palielinājusies zemūdeņu slepenība.

Pēc zviedru ekspertu domām, Stirlinga dzinējs demonstrēja augstu uzticamību un apkopi kuģa apstākļos. Tā trokšņa emisija nepārsniedz piedziņas motora troksni un ir par 20-25 dB zemāka nekā līdzvērtīgas jaudas dīzeļdzinējam.

Zviedrijas flote aprīko šo Gotlandes tipa VNEU palīgzemūdeni. Līgumu par trīs šāda veida zemūdeņu būvniecību valsts valdība ar Kokumu parakstīja 1990.gada martā. Pirmā šīs sērijas zemūdene - "Gotland" - tika nodota ekspluatācijā 1996. gadā, nākamās divas: "Apland" un "Halland" - 1997. gadā. Modernizācijas laikā ar šāda veida palīgelektrostacijām plānots aprīkot Västergotland tipa zemūdenes.

Kā vēsta ārzemju avoti, zviedru zemūdenes, kas aprīkotas ar DS dzinējsistēmām, praksē jau uzrādījušas labus rezultātus. Jo īpaši mācību laikā tika pierādīts Halland zemūdenes pārākums pār Spānijas Jūras spēku zemūdenēm ar tradicionālo dīzeļelektrostaciju, un tās uzlabotās veiktspējas īpašības tika demonstrētas kopīgas navigācijas laikā ar ASV un Francijas flotes kodolzemūdenēm.

Elektrostacija ar EKG. Elektroķīmiskais ģenerators ir iekārta, kurā degvielas ķīmiskā enerģija tiek tieši pārveidota par elektroenerģiju. EKG pamatā ir kurināmā elementi (FC), kuros notiek elektroenerģijas ražošanas process, kas rodas degvielas un oksidētāja mijiedarbības rezultātā, nepārtraukti un atsevišķi piegādāts kurināmā elementam. Principā kurināmā šūna ir sava veida galvaniskais elements. Atšķirībā no pēdējās, kurināmā elementi netiek patērēti, jo aktīvās sastāvdaļas tiek piegādātas nepārtraukti (degviela un oksidētājs).

Pētījuma laikā tika pārbaudīti dažāda veida degvielas un oksidētāji. Vislabākie rezultāti sasniegti, izmantojot skābekļa un ūdeņraža reakciju, kuras mijiedarbības rezultātā rodas elektriskā enerģija un ūdens.

Līdzstrāvas ģenerēšana ūdeņraža un skābekļa aukstās sadedzināšanas rezultātā ir zināma jau ilgu laiku un ir veiksmīgi izmantota elektroenerģijas ražošanai zemūdens transportlīdzekļos. Šāds elektroenerģijas ražošanas princips uz zemūdenēm tika izmantots tikai 80. gados. PA skābeklis un ūdeņradis tika uzglabāti atsevišķi augstspiediena, izturīgās tvertnēs. Lai gan elektroķīmiskie ģeneratori ir efektīvāki par akumulatoriem, to izmantošanu zemūdenēs apgrūtināja fakts, ka gāzveida stāvoklī uzglabāto degvielas reaģentu padeve neļāva veikt nepieciešamo niršanas ilgumu.

Optimālākais skābekļa uzglabāšanas veids ir šķidrā stāvoklī (kriogēnā formā - 180 ° C temperatūrā), ūdeņradis - metāla hidrīda formā.

Līdz 80. gadu vidum Vācijas GSC (Vācijas zemūdeņu konsorcijs), tostarp IKL (Ingenieurkontor Lubeck), HDW (Howaldtswerke Deutsche Werft AG) un FS (Ferrostaal), izstrādāja un uzbūvēja eksperimentālu sauszemes EKG vienību ar Siemens degvielas šūnām, lai pārbaudītu tā komponentu - kurināmā elementu, ūdeņraža un skābekļa uzglabāšanas sistēmu, cauruļvadu, vadības sistēmu kopīga darbība, kā arī darba mijiedarbība ar tradicionālo elektrostaciju

PL. EKG prototips tika strukturāli izstrādāts tā, lai pēc testu pabeigšanas to bez modifikācijām varētu uzstādīt uz ekspluatācijas zemūdenes. Piekrastes izmēģinājumu rezultāti ir parādījuši, ka PU ar EKG var efektīvi izmantot zemūdenēs.

1989. gadā Vācijas Jūras spēku interesēs HDW kuģu būvētavā veiksmīgi tika pabeigta 205. projekta zemūdenes U-1, kas aprīkota ar VNEU palīgierīci ar EKG, deviņu mēnešu jūras izmēģinājumu sērija. Rezultātā šāda tipa lidmašīnu vadība atteicās no tālākas zemūdeņu būvniecības tikai ar dīzeļelektrostaciju un nolēma izmantot "hibrīdās" (DEPU kā galvenā un palīgelektrostacija ar EKG). Turpmākie pētījumi ir vērsti uz šādu iekārtu izstrādi ar ECH kā galveno.

Strukturāli EKG ir elektroķīmisks modulis ar polimēru membrānām (REM). Visi moduļi ir uzstādīti uz viena rāmja un ir savienojami gan virknē, gan paralēli.

Elektrostacijas palīgierīces ar EKG ir dzesēšanas sistēma, kas izmanto ārējo ūdeni, un atlikušās gāzes sistēma. Pēdējais nodrošina atlikušā ūdeņraža pēcsadedzināšanu AB ventilācijas sistēmā un atlikušā skābekļa izmantošanu borta vajadzībām. Elektrostacijas vadības sistēma ir integrēta ar drošības kontroles sistēmu, kuras monitori atrodas centrālajā postenī.

Enerģijas pārveide kurināmā elementos ir klusa. Elektrostacijas sastāvā nav mezglu, kas veic rotācijas vai svārstības kustības. Tam ir zema siltuma izdalīšanās, kā rezultātā tam nav būtiskas ietekmes uz fizisko lauku veidošanos. Vienīgā palīgsistēma ar rotējošām daļām ir dzesēšanas sistēma, taču tā nav tik trokšņaina, lai lielā mērā ietekmētu zemūdenes akustiskā lauka līmeni.

Sākotnējai reakciju aktivizēšanai kurināmā elementos nav nepieciešams daudz elektrības, lai metāla hidrīds, kas glabājas cilindros, kas atrodas divpusējā telpā, sāktu izdalīt ūdeņradi un sāktu iztvaikot šķidrā stāvoklī uzglabāto skābekli triecienizturīgā veidā. kriogēnās tvertnes, kas izgatavotas no zema magnētiskā tērauda.

Šāda veida elektrostacijas ir diezgan efektīvas, tai ir augsta efektivitāte - līdz 70 procentiem, un pēc šī rādītāja tā ievērojami pārspēj citas no gaisa neatkarīgas elektrostacijas. Salīdzinošie dati par dažādu VNEU veidu efektivitātes atkarību no izejas jaudas relatīvā līmeņa parādīti grafikā. Enerģijas pārveidošanas process notiek zemā darba temperatūrā (60-90 °C). Lai uzturētu sākotnēji uzsākto elektroķīmisko procesu, ir nepieciešams neliels siltuma daudzums, ko sistēma rada darbības laikā. Daļu no ES saražotā siltuma var izmantot sadzīves vajadzībām, piemēram, apkurei. Siltuma daudzums, kas jānoņem no iekārtas, ir neliels, tāpēc spēkstacijas piespiedu dzesēšana ar ārējo ūdeni neprasa ilgu laiku (līdz tās darbības dienai). Reakcijas laikā radušos ūdeni pēc atbilstošas ​​apstrādes var izmantot dzeršanai.

Kompaktas degvielas, sērijveidā savienotu elementu kombinācija ļauj iegūt jebkuru nepieciešamo spriegumu. Sprieguma regulēšana tiek panākta, mainot plākšņu skaitu kurināmā elementu komplektos. Vislielāko jaudu var sasniegt, savienojot šos elementus virknē.

ED darbs ar EKG nav atkarīgs no iegremdēšanas dziļuma. Šādas elektrostacijas saražotā elektroenerģija nonāk tieši uz laivas galveno sadales skapi. 65 procenti tas tiek tērēts pārvietošanās un kuģu vajadzībām, 30 procenti. - elektrostacijas dzesēšanas sistēmai un atlikušo gāzu sistēmai 5 procenti. - elektrostacijas papildu iekārtām. Papildu spēkstacija var darboties gan paralēli akumulatoram, nodrošinot zemūdenes elektrisko piedziņu un barojot citus patērētājus, gan akumulatora uzlādēšanai.

Ar palīgspēku plānots aprīkot četras un divas 212A tipa zemūdenes, kas tiek būvētas attiecīgi Vācijas un Itālijas flotēm, kā arī 214 laivas eksporta versiju Grieķijas un Korejas Republikas flotēm. augu ar EKG.

Divas zemūdenes no pirmās Vācijas flotes 212A tipa laivu apakšsērijas ir aprīkotas ar palīgelektrostaciju ar EKG ar nominālo jaudu aptuveni 300 kW un deviņām kurināmā elementiem 34 kW. Otrās apakšsērijas laivas plānots aprīkot ar divām 120 kW degvielas šūnām. Tiem būs praktiski tādi paši svara un izmēra parametri kā kurināmā elementiem ar jaudu 34 kW, bet tajā pašā laikā to efektivitāte palielināsies 4 reizes. 212A tipa zemūdene varēs palikt iegremdēta aptuveni divas nedēļas. Šīs instalācijas nominālā jauda ļaus attīstīt ātrumu līdz 8 mezgliem, neizmantojot AB.

Uz kurināmā elementiem balstītu spēkstaciju modulārais dizains ne tikai atvieglo to uzstādīšanu zemūdenēs, kas tiek būvētas, bet arī ļauj tās aprīkot ar iepriekš būvētām, pat tām, kas tika būvētas saskaņā ar licencēm to valstu kuģu būvētavās, kuras importē Vācijas zemūdenes.

Turklāt šāda elektrostacija, pēc vācu ekspertu domām, ir ļoti labi kopjama un ar ilgāku kalpošanas laiku.

Slēgtā cikla tvaika turbīnu iekārta (STU). PTU MESMA (Module d "Energie Sous-Marin Autonome), kas darbojas slēgtā Rankine ciklā, tika izstrādāts Francijas Jūras spēku DCN kuģu būves departamentā eksporta pārdošanai. Tā ražošanā piedalās Francijas uzņēmumi Teknikatom, Thermodyne, Air Liquide, "Bertin", kā arī kuģu būvētava "Empresa Nacional Bazan" (Spānija).

MESMA ir divu ķēžu iekārta. Primārajā kontūrā etanola sadegšanas rezultātā skābeklī veidojas siltumnesējs (tvaika gāze), kas iet caur tvaika ģeneratora ceļu un atdod siltumu ūdenim, kas cirkulē otrajā kontūrā. Ūdens tiek pārvērsts augstspiediena tvaikā, kas darbina tvaika turbīnu, kas savienota ar ģeneratoru. Skābeklis tiek uzglabāts uz zemūdenes speciālos konteineros šķidrā stāvoklī. Degšanas reakcijas produkti ir ūdens un izplūdes gāzes, kas tiek izvadītas aiz borta. Tas var izraisīt zemūdeņu redzamības palielināšanos.

Degšana degkamerā notiek pie 6 MPa spiediena, kā rezultātā iekārta var darboties dziļumā līdz 600 m, tāpēc kompresors nav nepieciešams, lai aiz borta izvadītu sadegšanas produktus.

Elektrostacijas ar MESMA STP lietderības koeficients ir 20 procenti, kas ir saistīts ar lieliem zudumiem vairākkārtējas enerģijas pārveidošanas laikā – kurināmā sadegšanā, pārkarsētā tvaika veidošanā, trīsfāzu strāvas veidošanā un tās sekojošā pārveidošanā līdzstrāvai.

Visa iekārta kopumā ir diezgan kompakta un ir uzstādīta 10 m garā un 7,8 m platā spiediena korpusa sekcijā Skābeklis tiek uzglabāts sašķidrinātā stāvoklī cilindros, kas uzstādīti uz īpašiem amortizējošiem stiprinājumiem zemūdenes spiediena korpusa iekšpusē. vertikālā stāvoklī.

1998. gada septembrī tika pabeigti MESMA elektrostacijas prototipa stenda testi. 2000. gada aprīlī Šerbūras kuģu būvētavā tika izgatavota pirmā kuģa spēkstacija, kas atrodas spiediena korpusa daļā. Pēc pieņemšanas testu pabeigšanas moduli ar spēkstaciju bija paredzēts nosūtīt uz Pakistānu, lai aprīkotu Agosta 90V tipa zemūdeni Ghazi, kas tur tiek būvēta saskaņā ar Francijas licenci. Šī ir pirmā šāda veida zemūdene, uz kuras būvniecības laikā tiks uzstādīta no gaisa neatkarīga palīgelektrostacija. Vēlāk - modernizācijas un remonta procesā - ar tām plānots aprīkot divas citas agrāk būvētās zemūdenes.

No gaisa neatkarīgu palīgelektrostaciju izmantošana uz zemūdenēm, kas nav kodolieroči, ļāva uzlabot to veiktspējas raksturlielumus niršanas ilguma ziņā, kas palielināja laivu slepenību un paplašināja to kaujas spējas. Papildus zemūdenēm, kas tiek būvētas, palīg VNEU var tikt aprīkotas ar esošajām dīzeļzemūdenēm to modernizācijas procesā. Tehnoloģiju turpmāka attīstība un uz tā pamata kvalitatīvi jaunu VNEU īpašību iegūšana, visticamāk, ļaus ar kodolenerģiju nesaistītām zemūdenēm atrisināt kodolenerģētikā raksturīgās problēmas.

Lai komentētu, jums ir jāreģistrējas vietnē.

tas ir, atšķirībā no iekšdedzes dzinēja, iekšdedzes dzinējs, kur darba šķidrums vienlaikus ir degoša degviela cilindra iekšpusē, Stirlingā degviela sadeg ārā, uzsilda darba šķidrumu (gaisu) cilindra iekšpusē un pēc tam, kā parasti, kloķis utt.

šajā rakstā es neredzēju faktisko galveno novietoto mikroshēmu, anaerobitāti, tas ir, tāpat kā iekšdedzes dzinējam ir nepieciešams skābeklis degšanai, tas pats degšanas process tiek izmantots maisīšanā, tas ir, skābeklis joprojām ir vajadzīgs
vienkārši degšana tiek pārnesta no iekšpuses uz āru un viss. Nu Stērlings arī deg nepārtraukti, nevis sprādzienbīstamā impulsā, kā iekšdedzes dzinējā, līdz ar to tā beztrokšņainība, kas noder zemūdenei. Bet tas ir visi plusi

Izdomāju, ka degšanas vietā tiks izmantotas kādas citas eksotermiskas ķīmiskas reakcijas, piemēram, skābekļa vietā piedaloties ūdenim, kas ir loģiski, uz sauszemes apkārt ir daudz skābekļa, bet zem ūdens pats ūdens.
Nezinu, lej cilindrā vai ārpus tā, nu, vismaz nedzēstos kaļķus, bet pārlej ar ūdeni, pārvērš radušos siltumu rotācijā
kāpēc pieprasīt anaerobo dzinēju un joprojām lietot skābekli

tālāk, ja attīstām ideju - projektā kā galvenais gājiena motors tiek izmantots elektromotors, un maisīšana būs nepieciešama tikai akumulatoru uzlādēšanai, tātad vai nav vieglāk pievērsties līdzekļiem, kā tiešā veidā iegūt EML ar ķīmijas palīdzību reakcijas bez mehānikas?
Tas man atgādināja, kā vasarā lauku mājā bez gaismas pieslēdzu automašīnas akumulatoram 220 invertoru, kuram pieslēdzu taupības spuldzes, uz LED, kurā ir zemspriegums. Tad man atklājās, ka bija stulbi vispirms palielināt spriegumu no 12 līdz 220, un tad tas atkal nokrīt spuldzē, es uztaisīju mājās gatavotu LED 12 V un akumulators sāka darboties trīs reizes ilgāk.

Padomju laikos Podoļskā izgatavoja sausās uzlādes akumulatorus, uz kuru plāksnēm tika uzspiests sastāvs, kas atbilda svina akumulatora uzlādes stāvoklim. Šādu akumulatoru var ļoti ilgi glabāt noliktavā un uzlādēt, tad pircējs tajā ielej elektrolītu un uzreiz liek uz mašīnas. Iekraut zemūdenē, piemēram, sausas plāksnes ar elektrolītu, kuras tiek patērētas kustības laikā un tiek aizstātas ar svaigām, un pēc tam dokā tiek iekrauts jauns materiāls kā degviela, un izlietotais materiāls tiek izkrauts un rūpnīcas apstākļos reģenerēts jaunu sauso uzlādi. Visi. Bez dubultas konversijas ar tvaika lokomotīves efektivitāti, bez skābekļa, patiešām anaeroba ķēde.

Nu, ar svina-skābes akumulatoru tā ir tikai ārēja ideja, jūs varat izdomāt daudz ideālāku procesu, piemēram, uz litija, tas joprojām ir mīnus svars un mīnus bīstamā skābe