Sistema de propulsão anaeróbica. Planta de propulsão anaeróbica

O motor Stirling, cujo princípio de funcionamento é qualitativamente diferente do habitual motor de combustão interna, já foi um concorrente digno deste último. Porém, por algum tempo eles se esqueceram dele. Como esse motor é utilizado hoje, qual o princípio de seu funcionamento (no artigo você também encontra desenhos do motor Stirling, demonstrando claramente seu funcionamento), e quais as perspectivas de uso no futuro, leia abaixo.

História

Em 1816, na Escócia, Robert Stirling patenteou o que hoje leva o nome de seu inventor. Os primeiros motores de ar quente foram inventados antes dele. Mas Stirling adicionou um purificador ao dispositivo, que na literatura técnica é chamado de regenerador ou trocador de calor. Graças a isso, o desempenho do motor aumentou, mantendo a unidade aquecida.

A máquina foi reconhecida como a máquina a vapor mais durável disponível na época, já que nunca explodiu. Antes disso, esse problema ocorria frequentemente em outros motores. Apesar do seu rápido sucesso, o seu desenvolvimento foi abandonado no início do século XX, pois tornou-se menos económico em comparação com outros motores de combustão interna e motores eléctricos que surgiram naquela época. No entanto, Stirling continuou a ser usado em algumas indústrias.

Motor de combustão externa

O princípio de funcionamento de todos os motores térmicos é que, para produzir gás em estado expandido, são necessárias forças mecânicas maiores do que quando se comprime um gás frio. Para demonstrar isso claramente, você pode realizar um experimento com duas panelas cheias de água fria e quente, além de uma garrafa. Este último é mergulhado em água fria, tampado com uma rolha e depois transferido para água quente. Neste caso, o gás na garrafa começará a realizar trabalhos mecânicos e a empurrar a rolha. O primeiro motor de combustão externa baseou-se inteiramente neste processo. Porém, mais tarde, o inventor percebeu que parte do calor poderia ser usado para aquecimento. Assim, a produtividade aumentou significativamente. Mas mesmo isso não ajudou o motor a se espalhar.

Mais tarde, Erickson, um engenheiro sueco, melhorou o projeto propondo resfriar e aquecer o gás a pressão constante em vez de volume. Com isso, muitos exemplares passaram a ser utilizados para trabalhos em minas, navios e gráficas. Mas eles acabaram sendo pesados ​​demais para as tripulações.

Motores de combustão externa da Philips

Motores semelhantes são dos seguintes tipos:

• vapor;
• turbina a vapor;
• Stirling.

Este último tipo não foi desenvolvido devido à baixa confiabilidade e outros indicadores de desempenho não mais elevados em comparação com outros tipos de unidades que surgiram. No entanto, a Philips retomou as operações em 1938. Os motores passaram a ser utilizados para acionar geradores em áreas não eletrificadas. Em 1945, os engenheiros da empresa encontraram para eles o uso oposto: se o eixo for girado por um motor elétrico, o resfriamento do cabeçote chega a cento e noventa graus Celsius negativos. Então foi decidido usar um motor Stirling aprimorado em unidades de refrigeração.

Princípio da Operação

O motor opera em ciclos termodinâmicos, nos quais a compressão e a expansão ocorrem em diferentes temperaturas. Neste caso, a regulação do fluxo do fluido de trabalho é realizada devido à mudança de volume (ou pressão - dependendo do modelo). Este é o princípio de funcionamento da maioria dessas máquinas, que podem ter diferentes funções e designs. Os motores podem ser de pistão ou rotativos. As máquinas com suas instalações funcionam como bombas de calor, refrigeradores, geradores de pressão, etc.

Além disso, existem motores de ciclo aberto, onde o controle de vazão é realizado através de válvulas. Eles são chamados de motores Erickson, além do nome comum Stirling. Num motor de combustão interna, o trabalho útil é realizado após compressão preliminar do ar, injeção de combustível, aquecimento da mistura resultante misturada com combustão e expansão.

O motor Stirling funciona com o mesmo princípio: a compressão ocorre em baixas temperaturas e a expansão ocorre em altas temperaturas. Mas o aquecimento é realizado de forma diferente: o calor é fornecido através da parede do cilindro pelo lado de fora. Por isso recebeu o nome de motor de combustão externa. Stirling usou mudanças periódicas de temperatura com um pistão de deslocamento. Este último move o gás de uma cavidade do cilindro para outra. Por um lado, a temperatura é constantemente baixa e, por outro, alta. Quando o pistão se move para cima, o gás passa da cavidade quente para a cavidade fria e, para baixo, retorna à cavidade quente. Primeiro, o gás dá muito calor para a geladeira e depois recebe do aquecedor a mesma quantidade que deu. Um regenerador é colocado entre o aquecedor e a geladeira - uma cavidade preenchida com material para o qual o gás emite calor. Quando o fluxo se inverte, o regenerador o retorna.

O sistema deslocador é conectado a um pistão de trabalho, que comprime o gás quando frio e permite que ele se expanda quando quente. Devido à compressão a uma temperatura mais baixa, ocorre trabalho útil. Todo o sistema passa por quatro ciclos com movimentos intermitentes. O mecanismo de manivela garante continuidade. Portanto, não há limites nítidos entre os estágios do ciclo e Stirling não diminui.

Considerando tudo o que foi exposto, conclui-se que este motor é uma máquina de pistão com fornecimento de calor externo, onde o fluido de trabalho não sai do espaço fechado e não é substituído. Os desenhos do motor Stirling ilustram bem o dispositivo e o princípio de seu funcionamento.

Detalhes do trabalho

O sol, a eletricidade, a energia nuclear ou qualquer outra fonte de calor podem fornecer energia ao motor Stirling. O princípio de funcionamento de seu corpo é usar hélio, hidrogênio ou ar. Um ciclo ideal tem uma eficiência térmica máxima possível de trinta a quarenta por cento. Mas com um regenerador eficaz, poderá trabalhar com maior eficiência. A regeneração, o aquecimento e o resfriamento são fornecidos por trocadores de calor integrados que operam sem óleos. Deve-se observar que o motor requer muito pouca lubrificação. A pressão média no cilindro é geralmente de 10 a 20 MPa. Portanto, é necessário um excelente sistema de vedação e a capacidade de colocar óleo nas cavidades de trabalho.

Características comparativas

A maioria dos motores deste tipo em operação hoje usa combustível líquido. Ao mesmo tempo, a pressão contínua é fácil de controlar, o que ajuda a reduzir as emissões. A ausência de válvulas garante um funcionamento silencioso. A potência e o peso são comparáveis ​​aos motores turboalimentados, e a potência específica obtida na saída é igual à de uma unidade diesel. Velocidade e torque são independentes um do outro.

Os custos de produção de um motor são muito superiores aos de um motor de combustão interna. Mas durante a operação o oposto é verdadeiro.

Vantagens

Qualquer modelo de motor Stirling tem muitas vantagens:

• A eficiência com design moderno pode chegar a setenta por cento.
• O motor não possui sistema de ignição de alta tensão, árvore de cames ou válvulas. Não precisará ser ajustado durante toda a sua vida útil.
• Stirlings não têm a mesma explosão de um motor de combustão interna, que carrega fortemente o virabrequim, os rolamentos e as bielas.
• Eles não têm o mesmo efeito quando dizem que “o motor parou”.
• Devido à simplicidade do aparelho, ele pode ser usado por muito tempo.
• Pode funcionar com madeira, nuclear ou qualquer outro tipo de combustível.
• A combustão ocorre fora do motor.

Imperfeições

Aplicativo

Atualmente, o motor Stirling com gerador é utilizado em muitos campos. É uma fonte universal de energia elétrica em refrigeradores, bombas, submarinos e usinas de energia solar. É graças à utilização de diferentes tipos de combustível que é possível utilizá-lo amplamente.

Renascimento

Esses motores começaram a se desenvolver novamente graças à Philips. Em meados do século XX, a General Motors firmou um acordo com ela. Ela liderou o desenvolvimento do uso de Stirlings em dispositivos espaciais e subaquáticos, em navios e carros. Seguindo-os, outra empresa sueca, a United Stirling, começou a desenvolvê-los, incluindo possível uso em

Hoje, o motor Stirling linear é usado em instalações de veículos subaquáticos, espaciais e solares. Há grande interesse devido à relevância das questões de degradação ambiental, bem como do combate ao ruído. No Canadá e nos EUA, Alemanha e França, bem como no Japão, estão em curso pesquisas ativas para desenvolver e melhorar a sua utilização.

Futuro

As vantagens óbvias que os motores a pistão e Stirling apresentam, que consistem em uma longa vida útil, o uso de diferentes combustíveis, o silêncio e a baixa toxicidade, tornam-no muito promissor em comparação com o motor de combustão interna. Porém, dado que o motor de combustão interna foi aprimorado ao longo do tempo, ele não pode ser facilmente deslocado. De uma forma ou de outra, é justamente este motor que hoje ocupa uma posição de liderança e não pretendo abandoná-lo num futuro próximo.

", A Empresa Unitária do Estado Federal (FSUE) "Centro Científico Krylov" informou que a criação do primeiro submarino com uma usina anaeróbica, ou seja, independente do ar (VNEU), levará a um avanço tecnológico significativo na construção naval.

Foi criada a base científica e técnica para instalações independentes do ar. Foi desenvolvida uma unidade de reforma a vapor com gerador eletroquímico baseado em elementos sólidos. Seu desenho industrial foi criado. Entre as tecnologias fundamentais, implementa a produção de hidrogênio a partir do óleo diesel, a criação de um gerador eletroquímico que extrai corrente elétrica do hidrogênio e a retirada de resíduos do primeiro ciclo. Ou seja, o CO2 resultante durante a reação. Este problema ainda está em fase de finalização, mas com financiamento adequado será resolvido.

- disse o diretor executivo da referida empresa, Mikhail Zagorodnikov.

Em primeiro lugar, o VNEU elimina a necessidade de o navio subir à superfície para recarregar baterias e reabastecer o fornecimento de ar necessário para operar geradores a diesel debaixo d'água.

Conforme indicado, atualmente, os alemães fizeram os maiores progressos no desenvolvimento do VNEU, tendo criado. Em 2014, a DCNS francesa reportou os seus sucessos neste sentido, tendo equipado um submarino da classe Scorpene com a instalação em questão. O maior projeto de submarino da empresa, procurado pela Marinha Australiana, é o SMX Ocean (também conhecido como Shortfin Barracuda). Na Índia, o VNEU está sendo desenvolvido para barcos do tipo Kalvari (baseados no Scorpene).

Em contraste com a experiência estrangeira acima mencionada, o VNEU russo implica um método de operação completamente diferente: o hidrogénio não é transportado a bordo, mas é obtido directamente na instalação através da reforma do gasóleo.

Especialista na área de armas navais, Vladimir Shcherbakov, acredita que os submarinos com VNEU permitem operar com sucesso em águas rigidamente controladas pelo inimigo.

A capacidade de não flutuar é importante onde as forças anti-submarinas inimigas estão operando ativamente. Basta lembrar como nossos barcos foram presas fáceis para os alemães no Báltico durante a Grande Guerra Patriótica. Uma situação semelhante surgiu para os submarinistas alemães no Atlântico Norte no final da guerra.

Para ele, embarcações desse tipo têm alto potencial de exportação, principalmente para países que não possuem frota de submarinos nucleares. Para a Rússia, acredita ele, nesta fase basta limitar-se a alguns barcos do projeto Lada para testar tecnologias e formar especialistas.

Os Varshavyankas em série bem desenvolvidos são agora perfeitamente capazes de proteger bases e costas de barcos nucleares inimigos.

Atualmente, os Estaleiros do Almirantado em São Petersburgo estão construindo: Kronstadt e Velikiye Luki. O submarino líder deste projeto, São Petersburgo, está em operação experimental na Frota do Norte. Ainda não possui usina anaeróbica.

Renderização do submarino do projeto Amur-950 com usina anaeróbica

CDB MT "Rubin"

A promissora usina anaeróbica russa, que está prevista para ser instalada no submarino experimental do Projeto 677 Lada e no novo submarino não nuclear do projeto Kalina, receberá uma bateria de dupla capacidade. Como escreve Mil.Press FlotProm, a energia elétrica da bateria aprimorada será de cem quilowatts em vez de 50 para o modelo atual. O desenvolvimento e teste de uma nova bateria para usinas anaeróbicas de submarinos está previsto para ser concluído até 2020.

Os submarinos diesel-elétricos modernos têm várias vantagens sobre os submarinos nucleares maiores. Uma das principais vantagens é o silêncio quase total do movimento em posição submersa, já que neste caso apenas motores elétricos silenciosos alimentados por baterias são responsáveis ​​​​pela movimentação do navio. Essas baterias são recarregadas a partir de geradores a diesel na superfície ou em profundidade onde é possível instalar um snorkel, tubo especial por onde o ar pode ser fornecido aos geradores.

As desvantagens dos submarinos diesel-elétricos convencionais incluem o tempo relativamente curto que o navio pode passar debaixo d'água. Na melhor das hipóteses, pode chegar a três semanas (para comparação, para submarinos nucleares esse número é de 60 a 90 dias), após as quais o submarino terá que emergir e ligar os geradores a diesel. Uma usina anaeróbica, que não requer ar externo para operar, permitirá que um submarino não nuclear permaneça submerso por um período significativamente mais longo. Por exemplo, um submarino do projeto Lada com tal instalação pode ficar submerso por 45 dias.

Uma promissora usina anaeróbica russa usará hidrogênio altamente purificado para operação. Este gás será produzido a bordo do navio a partir do gasóleo por reforma, ou seja, conversão do combustível em gás contendo hidrogénio e hidrocarbonetos aromáticos, que passarão depois por uma unidade de separação de hidrogénio. O hidrogénio será então alimentado em células de combustível hidrogénio-oxigénio, onde será gerada eletricidade para motores e sistemas de bordo.

Bateria BTE-50K-E em uma bancada de testes

Centro Científico do Estado de Krylov

A bateria, também chamada de gerador eletroquímico, está sendo desenvolvida pelo Instituto Central de Pesquisa de Engenharia e Tecnologia Elétrica de Navios. Essa bateria, que produz eletricidade por meio da reação de hidrogênio e oxigênio, é chamada BTE-50K-E. Sua potência é de 50 quilowatts. A potência da bateria aprimorada será de cem quilowatts. A nova bateria fará parte dos módulos de potência de submarinos não nucleares promissores com capacidade de 250-450 quilowatts.

Além dos próprios elementos eletroquímicos, também chamados de células a combustível de hidrogênio, esses módulos incluirão conversores de combustível de hidrocarbonetos. É neles que ocorrerá o processo de reforma do óleo diesel. Como disse um dos desenvolvedores da nova bateria ao Mil.Press FlotProm, o conversor de combustível de hidrocarbonetos está atualmente em desenvolvimento. Foi relatado anteriormente que o desenvolvimento de uma usina anaeróbica para submarinos está previsto para ser concluído até o final de 2018.

Em fevereiro passado, pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia anunciaram o desenvolvimento de uma unidade alternativa compacta de quatro tempos para a reforma catalítica da produção de metano e hidrogênio. Novas instalações podem ser combinadas numa cadeia, aumentando assim o rendimento de hidrogénio. A instalação é bastante compacta e não requer forte aquecimento. O reator opera em um ciclo de quatro tempos. Durante o primeiro curso, o metano misturado com vapor é alimentado no cilindro através de válvulas. Ao mesmo tempo, o pistão no cilindro desce suavemente. Após o pistão atingir o ponto inferior, o fornecimento da mistura é interrompido.

No segundo curso, o pistão sobe, comprimindo a mistura. Ao mesmo tempo, o cilindro é aquecido a 400 graus Celsius. Sob condições de alta pressão e calor, ocorre o processo de reforma. À medida que o hidrogênio é liberado, ele passa através de uma membrana que impede o dióxido de carbono também produzido durante a reforma. O dióxido de carbono é absorvido pelo material adsorvente misturado com o catalisador.

No terceiro curso, o pistão cai para a posição mais baixa, reduzindo drasticamente a pressão no cilindro. Neste caso, o dióxido de carbono é liberado do material adsorvente. Então começa o quarto curso, durante o qual a válvula do cilindro se abre e o pistão começa a subir novamente. Durante o quarto curso, o dióxido de carbono é expelido do cilindro para a atmosfera. Após a quarta batida, o ciclo recomeça.

Vasily Sychev

“Revisão Militar Estrangeira” No. 6. 2004. (pp.59-63)

Capitão 1ª Classe N. SERGEEV,

capitão de 1ª patente I. YAKOVLEV,

capitão 3ª patente S. IVANOV

Os submarinos com uma central diesel-elétrica tradicional (EP) são um meio bastante eficaz para resolver certas tarefas e apresentam uma série de vantagens sobre os submarinos, especialmente quando operam em áreas costeiras e de mar raso. Essas vantagens incluem baixos níveis de ruído, alta manobrabilidade em baixas velocidades e poder de ataque comparável ao dos submarinos. Além disso, a inclusão de submarinos não nucleares na Marinha se deve em grande parte ao baixo custo de sua criação e operação. Ao mesmo tempo, apresentam uma série de desvantagens, em particular, um tempo limitado de permanência em posição submersa devido à pequena quantidade de energia armazenada na bateria. Para carregar a bateria, o submarino é obrigado a emergir ou utilizar o modo de operação diesel subaquático (RDS), o que aumenta a probabilidade de sua detecção por radar, infravermelho, meios óptico-eletrônicos e acústicos. A relação entre o tempo de navegação sob o RDP necessário para carregar as baterias e o período de descarga da bateria é chamada de “grau de negligência”.

Existem várias direções para aumentar o alcance de cruzeiro subaquático, sendo as principais delas os desenvolvimentos científicos, técnicos e tecnológicos, a fim de melhorar a potência tradicional dos submarinos não nucleares e seus componentes. No entanto, nas condições modernas, a implementação desta direção não pode fornecer uma solução completa para o problema principal. A saída para essa situação, segundo especialistas estrangeiros, é a utilização de uma usina independente de ar (VNEU) no submarino, que pode servir como auxiliar.

Os bons resultados obtidos no decorrer dos trabalhos sobre este tema permitiram equipar VNEUs auxiliares recém-construídos e modernizar submarinos diesel-elétricos em operação. Estes últimos possuem um compartimento adicional recortado em corpo durável, contendo a própria usina, tanques para armazenamento de combustível e oxidante, tanques para reposição da massa de reagentes consumíveis, mecanismos e equipamentos auxiliares, além de dispositivos de monitoramento e controle. No futuro, o VNEU está planejado para ser usado em submarinos como o principal.

Atualmente, existem quatro tipos principais de usinas independentes de ar: motor diesel de ciclo fechado (CLD), motor Stirling (DS), células de combustível ou gerador eletroquímico (ECG) e usina de turbina a vapor de ciclo fechado.

Os principais requisitos para VNEU incluem o seguinte: baixo nível de ruído, baixa geração de calor, características aceitáveis ​​​​de peso e tamanho, simplicidade e segurança de operação, longa vida útil e baixo custo, capacidade de usar a infraestrutura costeira existente. Em grande medida, esses requisitos são atendidos por usinas auxiliares com motor Stirling, ECG e unidade de turbina a vapor de ciclo fechado. Portanto, as marinhas de vários países estão trabalhando ativamente na sua aplicação prática em submarinos não nucleares.

Usina com motor Stirling. A empresa sueca Kokums Marine AB iniciou o seu desenvolvimento em 1982, encomendada pelo governo. Os especialistas inicialmente consideraram o VNEU com motor Stirling como auxiliar, trabalhando em conjunto com uma tradicional usina diesel-elétrica (DEPU). Os seus estudos mostraram que uma nova instalação, criada como principal (sem utilizar um DEPP tradicional), seria demasiado cara para produzir e os requisitos técnicos para uma central submarina seriam difíceis de cumprir.

A Marinha Real Sueca escolheu o VNEU com motor Stirling por vários motivos: alta densidade de potência, baixo nível de ruído, tecnologias sofisticadas de produção de motores diesel, confiabilidade e facilidade de operação.

A alta potência específica do motor diesel é obtida pela queima de óleo diesel em combinação com oxigênio na câmara de combustão. No submarino, o suprimento necessário de oxigênio é armazenado no estado líquido, fornecido por modernas tecnologias criogênicas.

O motor Stirling é um motor de combustão externa. O princípio de seu funcionamento envolve a utilização do calor gerado por uma fonte externa e seu fornecimento a um fluido de trabalho localizado em circuito fechado. A CC converte o calor produzido por uma fonte externa em energia mecânica, que é então convertida em corrente contínua pelo gerador. O regenerador, que faz parte do circuito fechado de operação do motor, retira do fluido de trabalho a energia térmica gerada após sua expansão e a devolve ao ciclo quando o gás muda de direção.

DS usa pistões de dupla ação. O espaço acima do pistão é a cavidade de expansão e o espaço abaixo do pistão é a cavidade de compressão. A cavidade de compressão de cada cilindro é conectada por um canal externo através de um refrigerador, regenerador e aquecedor à cavidade de expansão do cilindro adjacente. A combinação necessária de fases de expansão e compressão é alcançada usando um mecanismo de distribuição baseado em manivela. O diagrama esquemático do motor Stirling é mostrado na figura.

A energia térmica necessária para o funcionamento do motor diesel é gerada em uma câmara de combustão de alta pressão pela queima de óleo diesel e oxigênio líquido. O oxigênio e o óleo diesel na proporção de 4:1 entram na câmara de combustão, onde são queimados.

Para manter a temperatura necessária do processo de trabalho e garantir resistência térmica suficiente dos materiais, um sistema especial de recirculação de gás (GRC) é utilizado no projeto do DS. Este sistema é projetado

para diluir o oxigênio puro que entra na câmara de combustão com gases formados durante a combustão da mistura combustível.

Quando um motor Stirling funciona, alguns gases de escape são expelidos ao mar, o que pode levar à formação de um rastro de bolhas. Isso se deve ao fato de que o processo de combustão nos motores diesel ocorre com grande excesso de oxigênio não utilizado, que não pode ser separado dos gases de escapamento. Para reduzir o número de bolhas formadas quando os gases de exaustão se dissolvem na água do mar, é utilizado um absorvedor no qual os gases e a água são misturados. Neste caso, os gases de exaustão são pré-resfriados em um trocador de calor especial de 800 a 25 °C. A pressão de operação na câmara de combustão permite a retirada dos gases de exaustão em diferentes profundidades de imersão do submarino, até a profundidade de trabalho, o que dispensa a utilização de compressor especial com aumento de ruído para esses fins.

Uma vez que o processo de fornecimento externo de calor é inevitavelmente acompanhado por perdas adicionais de calor, a eficiência do motor diesel é menor do que a de um motor diesel. O aumento da corrosão não permite o uso de óleo diesel convencional em motores diesel. É necessário combustível com baixo teor de enxofre.

Para o programa sueco, foi adotado um DS tipo V4-275 da United Sterling. É um motor de quatro cilindros (o volume de trabalho de cada cilindro é de 275 cm3). Os cilindros estão dispostos em forma de V para reduzir ruído e vibração. A pressão de operação na câmara de combustão do motor é de 2 MPa, o que garante sua utilização em profundidades de submersão submarina de até 200 m. Para operar o motor em grandes profundidades é necessária a compressão dos gases de escape, o que exigirá consumo adicional de energia para remoção gases de escape e levará a um aumento no nível de ruído.

A primeira usina baseada no DS foi equipada com um submarino da classe Näkken, lançado após modernização em 1988. O motor Stirling, tanques para armazenamento de óleo diesel, oxigênio líquido e equipamentos auxiliares foram colocados em uma seção adicional com flutuabilidade zero, embutida no casco durável do submarino. Devido a isso, o comprimento do barco aumentou 10 por cento, o que afetou ligeiramente a mudança na sua manobrabilidade.

Dois DS tipo V4-275R operam em geradores DC com potência de 75 kW cada. Os motores são colocados em módulos isolantes de ruído em estruturas isolantes de vibração com absorção de choque em dois estágios. Como os testes demonstraram, o DS é capaz de gerar a quantidade suficiente de eletricidade necessária para alimentar os sistemas de bordo do submarino, garantir a recarga da bateria e impulsionar o barco a velocidades de até 4 nós. Para atingir velocidades mais altas e alimentar o motor elétrico da hélice principal, está prevista a utilização do motor em conjunto com a bateria.

Graças ao uso de uma usina combinada, o tempo de cruzeiro em posição submersa aumentou de 3-5 para 14 dias e a velocidade de patrulha aumentou de 3 para 6 nós. Como resultado, o sigilo do submarino aumentou.

De acordo com especialistas suecos, o motor Stirling demonstrou alta confiabilidade e facilidade de manutenção em condições de navio. Sua emissão sonora não excede o ruído de um motor elétrico de propulsão e é 20-25 dB inferior à de um motor diesel equivalente.

A Marinha Sueca equipa o submarino da classe Gotland com este VNEU auxiliar. O contrato para a construção de três submarinos deste tipo foi assinado pelo governo do país com a empresa Kokums em março de 1990. O primeiro submarino desta série - "Gotland" - foi colocado em serviço em 1996, os dois seguintes: "Apland" e "Halland" - em 1997. Durante a modernização, está previsto equipar os submarinos da classe Västergotland com usinas auxiliares deste tipo.

Segundo fontes estrangeiras, os submarinos suecos equipados com usinas com DS já apresentaram bons resultados na prática. Em particular, durante os exercícios, foi comprovada a superioridade do submarino Halland sobre o submarino da Marinha espanhola com uma central diesel-elétrica tradicional, e as suas características de desempenho melhoradas foram demonstradas durante uma viagem conjunta com submarinos nucleares das Marinhas dos EUA e da França.

Central elétrica com ECG. Um gerador eletroquímico é um dispositivo no qual a energia química de um combustível é convertida diretamente em energia elétrica. A base do ECG são as células a combustível (FC), nas quais o processo de geração de eletricidade ocorre durante a interação do combustível e do oxidante, fornecido contínua e separadamente ao FC. Em princípio, uma célula a combustível é um tipo de célula galvânica. Ao contrário destas últimas, as células a combustível não são consumidas, pois os componentes ativos são fornecidos continuamente (combustível e oxidante).

Durante a pesquisa, foram testados diversos tipos de combustíveis e oxidantes. Os melhores resultados foram alcançados através da reação entre oxigênio e hidrogênio, a partir da interação da qual são geradas energia elétrica e água.

A geração de corrente contínua através da combustão a frio de hidrogênio e oxigênio é conhecida há muito tempo e tem sido utilizada com sucesso para gerar eletricidade em veículos subaquáticos. Este princípio de geração de eletricidade foi utilizado em submarinos apenas na década de 1980. Na PA, o oxigênio e o hidrogênio eram armazenados separadamente em tanques duráveis ​​sob alta pressão. Embora os geradores eletroquímicos sejam mais eficientes que as baterias, seu uso em submarinos era complicado pelo fato de o fornecimento de reagentes combustíveis armazenados em estado gasoso não permitir a duração necessária do mergulho.

A maneira mais ideal de armazenar oxigênio é no estado líquido (na forma criogênica - a uma temperatura de 180 ° C), hidrogênio - na forma de hidreto metálico.

Em meados da década de 1980, o consórcio alemão GSC (Consórcio Alemão de Submarinos), incluindo IKL (Ingenieurkontor Lubeck), HDW (Howaldtswerke Deutsche Werft AG) e FS (Ferrostaal), desenvolveu e criou uma instalação experimental de ECG onshore com células de combustível Siemens. verificar o funcionamento conjunto de seus componentes - células de combustível, sistemas de armazenamento de hidrogênio e oxigênio, dutos, sistemas de controle, bem como a interação do trabalho com uma usina tradicional

P.L. O protótipo do ECG foi projetado estruturalmente de forma que após a conclusão dos testes pudesse ser instalado em um submarino em operação sem modificações. Os resultados dos testes em terra mostraram que a usina com ECG pode ser efetivamente utilizada em submarinos.

Em 1989, no interesse da Marinha Alemã, uma série de testes de mar de nove meses do submarino U-1 do Projeto 205, equipado com um VNEU auxiliar com ECG no estaleiro HDW, foi concluída com sucesso. Como resultado, a gestão deste tipo de aeronave abandonou a continuação da construção de submarinos apenas com centrais diesel-elétricas e decidiu utilizar as “híbridas” (DEPP como centrais principais e auxiliares com ECG). Outras pesquisas visam desenvolver tais instalações tendo o ECG como principal.

Estruturalmente, os ECHs são módulos eletroquímicos com membranas poliméricas (PEM). Todos os módulos são instalados em uma única estrutura e podem ser conectados em série ou em paralelo.

Auxiliares em uma usina com ECG são um sistema de refrigeração com água do mar e um sistema de gases residuais. Este último garante a pós-combustão do hidrogénio residual no sistema de ventilação da bateria e a utilização do oxigénio residual para as necessidades a bordo. O sistema de controle da usina está integrado ao sistema de controle de segurança, cujos monitores estão localizados na sala de controle central.

A conversão de energia nas células de combustível ocorre silenciosamente. A usina não contém unidades que realizem movimentos rotacionais ou oscilatórios. Possui baixa geração de calor, pelo que não tem efeito significativo na formação de campos físicos. O único sistema auxiliar com peças rotativas é o sistema de refrigeração, mas não é tão barulhento a ponto de afetar muito o nível do campo acústico do submarino.

A ativação inicial das reações nas células a combustível não requer muita eletricidade para que o hidreto metálico armazenado nos cilindros localizados no espaço dupla face comece a liberar hidrogênio e oxigênio armazenados no estado líquido em tanques criogênicos à prova de choque feitos de baixo -o aço magnético começa a evaporar.

Este tipo de usina é bastante eficiente, tem alta eficiência - até 70 por cento e neste indicador supera significativamente outras usinas independentes de ar. Os dados comparativos sobre a dependência da eficiência dos diferentes tipos de VNEU no nível relativo de potência de saída são mostrados no gráfico. O processo de conversão de energia ocorre em baixas temperaturas de operação (60-90 °C). Para manter o processo eletroquímico inicialmente iniciado, uma pequena quantidade de calor é necessária para ser gerada pelo sistema durante a operação. Parte do calor gerado pela CE pode ser utilizada para fins domésticos, como aquecimento. A quantidade de calor que precisa ser retirada da instalação é pequena, portanto o resfriamento forçado da usina com água do mar não requer muito tempo (até um dia de operação). A água produzida pela reação pode ser utilizada para beber após tratamento adequado.

A combinação de elementos combustíveis compactos conectados em série permite obter qualquer tensão necessária. A regulação da tensão é obtida alterando o número de placas nas unidades de células de combustível. A maior potência pode ser alcançada conectando esses elementos em série.

O funcionamento da unidade de ECG independe da profundidade de submersão do submarino. A eletricidade gerada por tal usina vai diretamente para o quadro de distribuição principal do barco. 65 por cento é gasto em movimentação e necessidades de navios, 30%. - para o sistema de refrigeração e o sistema de gases residuais da central eléctrica, 5 por cento. - para equipamentos adicionais da usina. A usina auxiliar pode operar tanto em paralelo com a bateria, fornecendo propulsão elétrica do submarino e fornecimento de energia para outros consumidores, quanto para recarga da bateria.

Está previsto equipar quatro e dois submarinos tipo 212A com uma central auxiliar com ECG, que estão sendo construídos para as marinhas alemã e italiana, respectivamente, bem como uma versão de exportação do barco tipo 214 para a Grécia e a República da Coreia. marinhas.

Dois submarinos da primeira subsérie de barcos do tipo 212A para a Marinha Alemã estão equipados com uma central auxiliar com ECG com potência nominal de cerca de 300 kW com nove células de combustível de 34 kW cada. Os barcos da segunda subsérie estão previstos para serem equipados com duas células de combustível de 120 kW. Eles terão quase as mesmas características de peso e tamanho que as células de combustível de 34 kW, mas ao mesmo tempo sua eficiência aumentará 4 vezes. O submarino Tipo 212A poderá permanecer submerso por aproximadamente duas semanas. A potência nominal desta instalação permitirá atingir uma velocidade de até 8 nós sem o uso de bateria.

O design modular de usinas baseadas em células de combustível não só facilita sua instalação em submarinos em construção, mas também permite que sejam equipadas com outras já construídas, mesmo aquelas que foram construídas sob licença em estaleiros de países importadores de submarinos alemães.

Além disso, tal usina, segundo especialistas alemães, é caracterizada por alta facilidade de manutenção e maior vida útil.

Unidade de turbina a vapor de ciclo fechado (STU). O PTU MESMA (Module d'Energie Sous-Marin Autonome), operando em ciclo Rankine fechado, foi desenvolvido pelo departamento de construção naval da Marinha Francesa DCN para venda à exportação.As empresas francesas Tecnicatom, Thermodyne, Air Liquid e outras estão envolvidas em sua produção, Bertin, bem como o estaleiro Empresa Nacional Bazan (Espanha).

MESMA é uma instalação de dois circuitos. No primeiro circuito, como resultado da combustão do etanol em oxigênio, forma-se um refrigerante (gás vapor), que passa pelo caminho do gerador de vapor e libera calor para a água que circula no segundo circuito. A água é convertida em vapor de alta pressão, que gira uma turbina a vapor conectada a um gerador. O oxigênio é armazenado a bordo do submarino em recipientes especiais em estado líquido. Os produtos da reação de combustão são água e gases de exaustão lançados ao mar. Isto pode levar a um aumento na visibilidade dos submarinos.

A combustão na câmara de combustão ocorre sob uma pressão de 6 MPa, pelo que a instalação pode funcionar em profundidades de até 600 m, não havendo necessidade de utilização de compressor para retirar os produtos da combustão ao mar.

A eficiência de uma usina com turbina a vapor MESMA é de 20 por cento, o que se deve a grandes perdas durante a conversão múltipla de energia - combustão de combustível, produção de vapor superaquecido, geração de corrente trifásica e sua posterior conversão em corrente contínua.

Toda a instalação como um todo é bastante compacta e é montada em uma seção de uma carcaça durável de 10 m de comprimento e 7,8 m de largura. O oxigênio é armazenado em estado liquefeito em cilindros montados em suportes especiais de absorção de choque dentro da carcaça durável do submarino em um posição vertical.

Em setembro de 1998, foram concluídos os testes de bancada de um protótipo da usina MESMA. Em abril de 2000, a primeira usina naval, localizada em uma seção de casco pressurizado, foi fabricada no estaleiro de Cherbourg. Após a conclusão dos testes de aceitação, o módulo com a usina seria enviado ao Paquistão para equipar o submarino Ghazi do tipo Agosta 90B que ali está sendo construído sob licença francesa. Este é o primeiro submarino deste tipo no qual será instalada uma usina auxiliar independente de ar durante a construção. Os outros dois submarinos, construídos anteriormente, estão planejados para serem equipados posteriormente - em processo de modernização e reparo.

A utilização de centrais auxiliares independentes do ar em submarinos não nucleares permitiu melhorar as suas características de desempenho em termos de duração da navegação submarina, o que aumentou a furtividade dos barcos e ampliou as suas capacidades de combate. Além dos submarinos em construção, os VNEUs auxiliares podem ser equipados com submarinos a diesel existentes em processo de modernização. O maior desenvolvimento de tecnologias e a obtenção, nesta base, de características qualitativamente novas de VNEU permitirão muito provavelmente que submarinos não nucleares resolvam problemas inerentes aos submarinos nucleares.

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isto é, ao contrário de um motor de combustão interna, um motor de combustão interna, onde o fluido de trabalho é simultaneamente combustível queimado dentro do cilindro, em Stirling o combustível queima do lado de fora, aquece o fluido de trabalho (ar) dentro do cilindro e então, como de costume, a manivela, etc.

neste artigo, não vi a principal característica posicionada real, a anaerobicidade, ou seja, assim como um motor de combustão interna precisa de oxigênio para a combustão, o mesmo processo de combustão é utilizado no stirling, ou seja, o oxigênio ainda é necessário
a combustão é simplesmente transferida de dentro para fora e pronto. Pois bem, Stirling também queima continuamente, e não de forma pulsada e explosiva, como em um motor de combustão interna, daí seu silêncio, o que é útil para um submarino. Mas essas são todas as vantagens

Pensei que em vez da combustão seriam utilizadas algumas outras reações químicas exotérmicas, por exemplo, com a participação da água em vez do oxigênio, o que é lógico, em terra tem muito oxigênio por aí, debaixo d'água tem água própria.
Não sei, despeje dentro do cilindro ou fora dele, bom, pelo menos cal viva, e despeje água sobre ele, converta o calor gerado em rotação
por que declarar um motor anaeróbico e ainda usar oxigênio?

além disso, se desenvolvermos a ideia - o projeto usa um motor elétrico como motor de propulsão principal, e o Stirling só será necessário para recarregar as baterias, então não seria mais fácil focar nos meios de produção direta de CEM por meio de reações químicas sem mecânica?
Isso me lembrou de como no verão, na dacha sem luz, conectei um inversor 220 a uma bateria de carro, à qual conectei lâmpadas economizadoras com LEDs de baixa tensão. Aí me dei conta que era estúpido primeiro aumentar a tensão de 12 para 220, e depois na lâmpada diminuir novamente, fiz um LED 12V caseiro e a bateria começou a durar três vezes mais.

Nos tempos soviéticos, as baterias carregadas a seco eram fabricadas em Podolsk, cujas placas eram prensadas com uma composição correspondente ao estado carregado de uma bateria de chumbo. Essa bateria pode ser armazenada em um armazém por muito tempo e carregada, então o comprador coloca eletrólito nela e imediatamente a coloca no carro. Por exemplo, carregar em um submarino placas secas com eletrólito, que são consumidas durante o movimento e substituídas por novas, e então o novo material é carregado no cais, como combustível, e o usado é descarregado e regenerado na fábrica em um novo carregado a seco. Todos. Sem dupla conversão com a eficiência de uma locomotiva a vapor, sem oxigênio, circuito verdadeiramente anaeróbico.

Bem, com uma bateria de chumbo-ácido é apenas uma ideia improvisada, você pode criar um processo muito mais perfeito, por exemplo, em lítio, isso é menos o peso e menos o ácido perigoso