Sistem de propulsie anaerobă. Instalație de propulsie anaerobă

Motorul Stirling, al cărui principiu de funcționare este diferit calitativ de motorul obișnuit cu ardere internă, a constituit cândva un concurent demn al acestuia din urmă. Cu toate acestea, de ceva vreme au uitat de el. Cum este utilizat acest motor astăzi, care este principiul funcționării acestuia (în articol puteți găsi și desene ale motorului Stirling, care demonstrează clar funcționarea acestuia) și care sunt perspectivele de utilizare în viitor, citiți mai jos.

Poveste

În 1816, în Scoția, Robert Stirling a brevetat ceea ce astăzi poartă numele inventatorului său. Primele motoare cu aer cald au fost inventate chiar înaintea lui. Dar Stirling a adăugat dispozitivului un purificator, care în literatura tehnică se numește regenerator sau schimbător de căldură. Datorită acesteia, performanța motorului a crescut, menținând unitatea caldă.

Motorul a fost recunoscut ca fiind cel mai durabil motor cu abur disponibil la acel moment, deoarece nu a explodat niciodată. Înainte de aceasta, această problemă a apărut adesea pe alte motoare. În ciuda succesului său rapid, dezvoltarea sa a fost abandonată la începutul secolului al XX-lea, deoarece a devenit mai puțin economică în comparație cu alte motoare cu ardere internă și motoare electrice care au apărut la acea vreme. Cu toate acestea, Stirling a continuat să fie folosit în unele industrii.

Motor cu ardere externă

Principiul de funcționare al tuturor motoarelor termice este că pentru a produce gaz în stare expandată, sunt necesare forțe mecanice mai mari decât la comprimarea unuia rece. Pentru a demonstra clar acest lucru, puteți efectua un experiment cu două tigăi umplute cu apă rece și fierbinte, precum și o sticlă. Acesta din urmă este scufundat în apă rece, astupat cu un dop, apoi transferat în apă fierbinte. În acest caz, gazul din sticlă va începe să efectueze lucrări mecanice și să împingă dopul. Primul motor cu ardere externă sa bazat în întregime pe acest proces. Cu toate acestea, mai târziu, inventatorul și-a dat seama că o parte din căldură poate fi folosită pentru încălzire. Astfel, productivitatea a crescut semnificativ. Dar nici acest lucru nu a ajutat motorul să se răspândească.

Mai târziu, Erickson, un inginer din Suedia, a îmbunătățit designul propunând răcirea și încălzirea gazului la presiune constantă în loc de volum. Ca urmare, multe exemplare au început să fie folosite pentru lucrări în mine, pe nave și în tipografii. Dar s-au dovedit a fi prea grele pentru echipaje.

Motoare cu ardere externă de la Philips

Motoarele similare sunt de următoarele tipuri:

• aburi;
• turbină cu abur;
• Stirling.

Acest din urmă tip nu a fost dezvoltat din cauza fiabilității scăzute și a altor indicatori de performanță nu cei mai înalți în comparație cu alte tipuri de unități care au apărut. Cu toate acestea, Philips și-a reluat operațiunile în 1938. Motoarele au început să fie folosite pentru a conduce generatoare în zone neelectrificate. În 1945, inginerii companiei le-au găsit o utilizare inversă: dacă arborele este rotit de un motor electric, răcirea chiulasei ajunge la minus o sută nouăzeci de grade Celsius. Apoi s-a decis să se utilizeze un motor Stirling îmbunătățit în unitățile frigorifice.

Principiul de funcționare

Motorul funcționează în cicluri termodinamice, în care compresia și dilatarea au loc la temperaturi diferite. În acest caz, reglarea debitului fluidului de lucru se realizează datorită modificării volumului (sau presiunii - în funcție de model). Acesta este principiul de funcționare al majorității acestor mașini, care pot avea diferite funcții și design-uri. Motoarele pot fi cu piston sau rotative. Mașinile cu instalațiile lor funcționează ca pompe de căldură, frigidere, generatoare de presiune și așa mai departe.

În plus, există motoare cu ciclu deschis, unde controlul debitului este realizat prin supape. Ele sunt numite motoare Erickson, pe lângă denumirea comună Stirling. Într-un motor cu ardere internă, lucrările utile sunt efectuate după comprimarea preliminară a aerului, injecția de combustibil, încălzirea amestecului rezultat amestecat cu ardere și expansiune.

Motorul Stirling funcționează pe același principiu: compresia are loc la temperaturi scăzute, iar expansiunea are loc la temperaturi ridicate. Dar încălzirea se realizează diferit: căldura este furnizată prin peretele cilindrului din exterior. De aceea a primit numele de motor cu ardere externă. Stirling a folosit schimbări periodice de temperatură cu un piston de deplasare. Acesta din urmă mută gazul dintr-o cavitate a cilindrului în alta. Pe de o parte, temperatura este constant scăzută, iar pe de altă parte, ridicată. Când pistonul se mișcă în sus, gazul se deplasează din cavitatea caldă în cea rece, iar în jos revine la cea fierbinte. În primul rând, gazul dă multă căldură frigiderului, iar apoi de la încălzitor primește aceeași cantitate pe care a dat-o. Între încălzitor și frigider este plasat un regenerator - o cavitate umplută cu material căruia gazul eliberează căldură. Când fluxul se inversează, regeneratorul îl returnează.

Sistemul de deplasare este conectat la un piston de lucru, care comprimă gazul când este rece și îi permite să se extindă când este cald. Datorită compresiei la o temperatură mai scăzută, apare o muncă utilă. Întregul sistem trece prin patru cicluri cu mișcări intermitente. Mecanismul manivela asigură continuitatea. Prin urmare, nu există granițe clare între etapele ciclului, iar Stirling nu scade.

Având în vedere toate cele de mai sus, concluzia sugerează că acest motor este o mașină cu piston cu alimentare externă de căldură, în care fluidul de lucru nu părăsește spațiul închis și nu este înlocuit. Desenele motorului Stirling ilustrează bine dispozitivul și principiul funcționării acestuia.

Detalii de lucru

Soarele, electricitatea, energia nucleară sau orice altă sursă de căldură pot furniza energie motorului Stirling. Principiul de funcționare al corpului său este să folosească heliu, hidrogen sau aer. Un ciclu ideal are o eficiență termică maximă posibilă de treizeci până la patruzeci de procente. Dar cu un regenerator eficient, acesta va putea funcționa cu o eficiență mai mare. Regenerarea, încălzirea și răcirea sunt asigurate de schimbătoare de căldură încorporate care funcționează fără uleiuri. Trebuie remarcat faptul că motorul necesită foarte puțină lubrifiere. Presiunea medie în cilindru este de obicei de la 10 la 20 MPa. Prin urmare, sunt necesare un sistem de etanșare excelent și capacitatea de a introduce ulei în cavitățile de lucru.

Caracteristici comparative

Majoritatea motoarelor de acest tip care funcționează astăzi folosesc combustibil lichid. În același timp, presiunea continuă este ușor de controlat, ceea ce ajută la reducerea emisiilor. Absența supapelor asigură funcționarea silențioasă. Puterea și greutatea sunt comparabile cu motoarele turbo, iar puterea specifică obținută la ieșire este egală cu cea a unei unități diesel. Viteza și cuplul sunt independente unul de celălalt.

Costurile de producție ale unui motor sunt mult mai mari decât cele ale unui motor cu ardere internă. Dar în timpul funcționării este adevărat opusul.

Avantaje

Orice model de motor Stirling are multe avantaje:

• Eficiența cu designul modern poate ajunge până la șaptezeci la sută.
• Motorul nu are sistem de aprindere de înaltă tensiune, arbore cu came sau supape. Nu va trebui ajustat pe toată durata de viață.
• Stirling-urile nu au aceeași explozie ca la un motor cu ardere internă, care încarcă puternic arborele cotit, rulmenți și biele.
• Nu au același efect când spun că „motorul s-a oprit”.
• Datorită simplității dispozitivului, acesta poate fi folosit pentru o perioadă lungă de timp.
• Poate funcționa cu lemn, nuclear sau orice alt tip de combustibil.
• Arderea are loc în afara motorului.

Defecte

Aplicație

În prezent, motorul Stirling cu generator este folosit în multe domenii. Este o sursă universală de energie electrică în frigidere, pompe, submarine și centrale solare. Datorită utilizării diferitelor tipuri de combustibil, este posibil să îl utilizați pe scară largă.

Renaştere

Aceste motoare au început să se dezvolte din nou datorită Philips. La mijlocul secolului XX, General Motors a încheiat un acord cu acesta. Ea a condus dezvoltări pentru utilizarea Stirling-urilor în dispozitive spațiale și subacvatice, pe nave și mașini. În urma acestora, o altă companie din Suedia, United Stirling, a început să le dezvolte, inclusiv posibilă utilizare în

Astăzi, motorul liniar Stirling este utilizat în instalațiile vehiculelor subacvatice, spațiale și solare. Există un mare interes pentru aceasta datorită relevanței problemelor de degradare a mediului, precum și a luptei împotriva zgomotului. În Canada și SUA, Germania și Franța, precum și Japonia, sunt în curs de desfășurare căutări active pentru dezvoltarea și îmbunătățirea utilizării acestuia.

Viitor

Avantajele evidente pe care le au motoarele cu piston și Stirling, constând într-o durată lungă de viață, utilizarea diferiților combustibili, zgomot și toxicitate scăzută, îl fac foarte promițător în comparație cu motorul cu ardere internă. Cu toate acestea, având în vedere că motorul cu ardere internă a fost îmbunătățit de-a lungul timpului, acesta nu poate fi deplasat cu ușurință. Într-un fel sau altul, tocmai acest motor ocupă astăzi o poziție de lider și nu intenționez să renunț la el în viitorul apropiat.

„, „Centrul științific Krylov” Întreprinderea Unitară de Stat Federal (FSUE) a raportat că crearea primului submarin cu o centrală electrică anaerobă, adică independentă de aer (VNEU) va duce la o descoperire tehnologică semnificativă în construcțiile navale.

A fost creată baza științifică și tehnică pentru instalațiile independente de aer. A fost dezvoltată o unitate de reformare cu abur cu un generator electrochimic bazat pe elemente solide. Designul său industrial a fost creat. Printre tehnologiile fundamentale, implementează producerea de hidrogen din motorină, crearea unui generator electrochimic care extrage curent electric din hidrogen și eliminarea deșeurilor din primul ciclu. Adică CO2 rezultat în timpul reacției. Această problemă este încă în curs de finalizare, dar cu o finanțare adecvată va fi rezolvată.

- a spus directorul executiv al întreprinderii menționate, Mihail Zagorodnikov.

În primul rând, VNEU elimină necesitatea ca nava să iasă la suprafață pentru a reîncărca bateriile și a reumple furnizarea de aer necesară pentru a funcționa sub apă generatoarele diesel.

După cum sa indicat, în prezent, germanii au făcut cel mai mare progres în dezvoltarea VNEU, după ce au creat. În 2014, DCNS franceză și-a raportat succesele în această direcție, dotând un submarin din clasa Scorpene cu instalația în cauză. Designul de submarin mai mare al companiei, căutat de Marina Australiană, este SMX Ocean (alias Shortfin Barracuda). În India, VNEU este dezvoltat pentru bărci de tip Kalvari (pe baza Scorpene).

Spre deosebire de experiența străină menționată mai sus, VNEU-ul rusesc implică o cu totul altă metodă de funcționare: hidrogenul nu este transportat la bord, ci se obține direct în instalație prin reformarea motorinei.

Un expert în domeniul armelor navale, Vladimir Shcherbakov, consideră că submarinele cu VNEU fac posibilă operarea cu succes în apele strâns controlate de inamic.

Abilitatea de a nu pluti este importantă acolo unde forțele inamice anti-submarine operează activ. Este suficient să ne amintim cât de ușoară erau prada bărcile noastre pentru germanii din Marea Baltică în timpul Marelui Război Patriotic. O situație similară a apărut și pentru submarinații germani în Atlanticul de Nord spre sfârșitul războiului.

În opinia sa, ambarcațiunile de acest tip au un potențial mare de export, mai ales în țările care nu au o flotă de submarine nucleare. Pentru Rusia, crede el, în această etapă este suficient să se limiteze la câteva ambarcațiuni ale proiectului Lada pentru a testa tehnologii și a pregăti specialiști.

Varshavyankas în serie bine dezvoltat sunt acum destul de capabili să protejeze bazele și coastele de bărcile nucleare inamice.

În prezent, șantierele navale ale Amiralității din Sankt Petersburg construiesc: Kronstadt și Velikiye Luki. Submarinul principal al acestui proiect, Sankt Petersburg, este în curs de operațiuni de probă în Flota de Nord. Nu are încă o centrală anaerobă.

Render a submarinului proiect Amur-950 cu o centrală anaerobă

CDB MT "Rubin"

Promițătoarea centrală anaerobă rusă, care este planificată să fie instalată pe submarinul experimental al Proiectului 677 Lada și noul submarin nenuclear al proiectului Kalina, va primi o baterie de capacitate dublă. După cum scrie Mil.Press FlotProm, puterea electrică a bateriei îmbunătățite va fi de o sută de kilowați în loc de 50 pentru modelul actual. Dezvoltarea și testarea unei noi baterii pentru centralele anaerobe ale submarinelor este planificată să fie finalizată până în 2020.

Submarinele diesel-electrice moderne au mai multe avantaje față de submarinele nucleare mai mari. Unul dintre principalele avantaje este liniștea aproape completă a mișcării într-o poziție scufundată, deoarece în acest caz numai motoarele electrice silențioase alimentate de baterii sunt responsabile de mișcarea navei. Aceste baterii se reincarca de la generatoare diesel la suprafata sau la o adancime de la care se poate instala un snorkel, o conducta speciala prin care se poate furniza aer la generatoare.

Dezavantajele submarinelor diesel-electrice convenționale includ timpul relativ scurt pe care nava îl poate petrece sub apă. În cel mai bun caz, poate ajunge la trei săptămâni (pentru comparație, pentru submarinele nucleare această cifră este de 60-90 de zile), după care submarinul va trebui să iasă la suprafață și să pornească generatoarele diesel. O centrală electrică anaerobă, care nu necesită aer exterior pentru a funcționa, va permite unui submarin non-nuclear să rămână scufundat mult mai mult timp. De exemplu, un submarin al proiectului Lada cu o astfel de instalație poate sta sub apă timp de 45 de zile.

O centrală anaerobă rusă promițătoare va folosi hidrogen înalt purificat pentru funcționare. Acest gaz va fi produs la bordul navei din motorină prin reformare, adică transformarea combustibilului în gaz cu conținut de hidrogen și hidrocarburi aromatice, care vor trece apoi printr-o unitate de separare a hidrogenului. Hidrogenul va fi apoi alimentat în celulele de combustibil cu hidrogen-oxigen, unde va fi generată electricitate pentru motoare și sisteme de bord.

Bateria BTE-50K-E pe un banc de testare

Centrul Științific de Stat Krylov

Bateria, denumită altfel generator electrochimic, este dezvoltată de Institutul Central de Cercetare de Inginerie și Tehnologie Electrică a Navelor. Această baterie, care produce energie electrică prin reacția hidrogenului și oxigenului, se numește BTE-50K-E. Puterea sa este de 50 de kilowați. Puterea bateriei îmbunătățite va fi de o sută de kilowați. Noua baterie va face parte din modulele de putere ale promițătoarelor submarine nenucleare, cu o capacitate de 250-450 kilowați.

Pe lângă elementele electrochimice în sine, denumite în alt mod celule de combustibil cu hidrogen, astfel de module vor include convertoare de combustibil cu hidrocarburi. În ele va avea loc procesul de reformare a motorinei. După cum a declarat unul dintre dezvoltatorii noii baterii pentru Mil.Press FlotProm, convertorul de combustibil cu hidrocarburi este în prezent în curs de dezvoltare. S-a raportat anterior că dezvoltarea unei centrale electrice anaerobe pentru submarine este planificată să fie finalizată până la sfârșitul anului 2018.

În februarie anul trecut, cercetătorii de la Institutul de Tehnologie din Georgia au anunțat dezvoltarea unei unități compacte cu piston în patru timpi pentru reformarea catalitică a producției de metan și hidrogen. Noile instalații pot fi combinate într-un lanț, crescând astfel randamentul hidrogenului. Instalația este destul de compactă și nu necesită încălzire puternică. Reactorul funcționează pe un ciclu în patru timpi. În timpul primei curse, metanul amestecat cu abur este introdus în cilindru prin supape. În același timp, pistonul din cilindru coboară ușor. După ce pistonul ajunge la punctul inferior, alimentarea amestecului este oprită.

La a doua cursă, pistonul se ridică, comprimând amestecul. În același timp, cilindrul este încălzit la 400 de grade Celsius. În condiții de presiune ridicată și căldură are loc procesul de reformare. Pe măsură ce hidrogenul este eliberat, acesta trece printr-o membrană care oprește dioxidul de carbon produs și în timpul reformării. Dioxidul de carbon este absorbit de materialul adsorbant amestecat cu catalizatorul.

La a treia cursă, pistonul scade în poziția sa cea mai de jos, reducând brusc presiunea în cilindru. În acest caz, dioxidul de carbon este eliberat din materialul adsorbant. Apoi începe a patra cursă, timp în care supapa din cilindru se deschide și pistonul începe să se ridice din nou. În timpul celei de-a patra curse, dioxidul de carbon este stors din cilindru în atmosferă. După a patra bătaie ciclul începe din nou.

Vasily Sychev

„Revista militară străină” nr. 6. 2004. (pag. 59-63)

Căpitanul rangul 1 N. SERGEEV,

căpitan rangul 1 I. YAKOVLEV,

căpitan rangul 3 S. IVANOV

Submarinele cu o centrală electrică diesel-electrică (EP) tradițională sunt un mijloc destul de eficient de rezolvare a anumitor sarcini și au o serie de avantaje față de submarine, în special atunci când operează în zonele de coastă și de mare mică adâncime. Aceste avantaje includ niveluri scăzute de zgomot, manevrabilitate ridicată la viteze mici și putere de lovire comparabilă cu submarinele. În plus, includerea submarinelor nenucleare în Marina se datorează în mare măsură costului scăzut al creării și exploatării acestora. În același timp, au o serie de dezavantaje, în special, un timp limitat petrecut într-o poziție scufundată din cauza cantității mici de energie stocată în baterie. Pentru a încărca bateria, submarinul este forțat să iasă la suprafață sau să folosească modul de operare diesel subacvatic (RDS), ceea ce crește probabilitatea detectării acestuia prin mijloace radar, infraroșu, optic-electronic și acustic. Raportul dintre timpul de navigație în conformitate cu RDP necesar pentru încărcarea bateriilor și perioada de descărcare a bateriei se numește „grad de neglijență”.

Există mai multe direcții de creștere a razei de croazieră sub apă, dintre care principalele sunt evoluțiile științifice, tehnice și tehnologice pentru a îmbunătăți puterea tradițională a submarinelor nenucleare și a componentelor sale. Cu toate acestea, în condiții moderne, implementarea acestei direcții nu poate oferi pe deplin o soluție la problema principală. Calea de ieșire din această situație, potrivit experților străini, este utilizarea unei centrale electrice independente de aer (VNEU) pe submarin, care poate servi ca una auxiliară.

Rezultatele de succes obținute în cursul lucrărilor pe această temă au făcut posibilă echiparea VNEU-urilor auxiliare nou construite și modernizarea submarinelor diesel-electrice aflate în funcțiune. Acestea din urmă au un compartiment suplimentar tăiat într-un corp durabil, care conține centrala electrică în sine, rezervoare pentru depozitarea combustibilului și oxidantului, rezervoare pentru înlocuirea masei de reactivi consumabili, mecanisme și echipamente auxiliare, precum și dispozitive de monitorizare și control. În viitor, VNEU este planificat să fie utilizat pe submarine ca principal.

În prezent, există patru tipuri principale de centrale electrice independente de aer: motor diesel cu ciclu închis (CLD), motor Stirling (DS), pile de combustie sau generator electrochimic (ECG) și centrală cu turbină cu abur cu ciclu închis.

Principalele cerințe pentru VNEU includ următoarele: nivel scăzut de zgomot, generare scăzută de căldură, caracteristici de greutate și dimensiune acceptabile, simplitate și siguranță de funcționare, durată lungă de viață și cost redus, capacitatea de a utiliza infrastructura de coastă existentă. În cea mai mare măsură, aceste cerințe sunt îndeplinite de centralele auxiliare cu un motor Stirling, ECG și o unitate de turbină cu abur cu ciclu închis. Prin urmare, marinele unui număr de țări lucrează activ la aplicarea lor practică pe submarinele nenucleare.

Centrală electrică cu motor Stirling. Compania suedeză Kokums Marine AB și-a început dezvoltarea în 1982, la comanda guvernului. Experții au considerat inițial VNEU cu un motor Stirling ca unul auxiliar, lucrând împreună cu o centrală tradițională diesel-electrică (DEPU). Studiile lor au arătat că o nouă instalație, creată ca principală (fără a folosi un DEPP tradițional), ar fi prea costisitoare de produs, iar cerințele tehnice pentru o centrală submarină ar fi greu de îndeplinit.

Marina Regală Suedeză a ales VNEU cu un motor Stirling din mai multe motive: densitate mare de putere, nivel scăzut de zgomot, tehnologii sofisticate de producție a motoarelor diesel, fiabilitate și ușurință în operare.

Puterea specifică mare a motorului diesel se realizează prin arderea motorinei în combinație cu oxigenul în camera de ardere. Pe submarin, necesarul de oxigen este stocat în stare lichidă, care este asigurat de tehnologiile criogenice moderne.

Motorul Stirling este un motor cu ardere externă. Principiul funcționării sale implică utilizarea căldurii generate de o sursă externă și alimentarea acesteia către un fluid de lucru situat într-o buclă închisă. DC transformă căldura produsă de o sursă externă în energie mecanică, care este apoi transformată în curent continuu de către generator. Regeneratorul, care face parte din circuitul închis de funcționare al motorului, preia energia termică generată după expansiunea acesteia din fluidul de lucru și o readuce la ciclu atunci când gazul își schimbă direcția.

DS folosește pistoane cu dublă acțiune. Spațiul de deasupra pistonului este cavitatea de expansiune, iar spațiul de sub piston este cavitatea de compresie. Cavitatea de compresie a fiecărui cilindru este conectată printr-un canal extern printr-un frigider, regenerator și încălzitor la cavitatea de expansiune a cilindrului adiacent. Combinația necesară de faze de expansiune și compresie este realizată folosind un mecanism de distribuție bazat pe manivelă. Schema schematică a motorului Stirling este prezentată în figură.

Energia termică necesară pentru funcționarea motorului diesel este generată într-o cameră de ardere de înaltă presiune prin arderea motorinei și oxigenului lichid. Oxigenul și motorina într-un raport de 4:1 intră în camera de ardere, unde sunt arse.

Pentru a menține temperatura necesară a procesului de lucru și pentru a asigura o rezistență suficientă la căldură a materialelor, în proiectarea DS este utilizat un sistem special de recirculare a gazelor (GRC). Acest sistem este proiectat

pentru diluarea oxigenului pur care intră în camera de ardere cu gazele formate în timpul arderii amestecului de combustibil.

Când funcționează un motor Stirling, unele dintre gazele de eșapament sunt expulzate peste bord, ceea ce poate duce la formarea unei urme de bule. Acest lucru se datorează faptului că procesul de ardere în motoarele diesel are loc cu un exces mare de oxigen neutilizat, care nu poate fi separat de gazele de eșapament. Pentru a reduce numărul de bule formate atunci când gazele de eșapament se dizolvă în apa de mare, se folosește un absorbant în care gazele și apa sunt amestecate. În acest caz, gazele de evacuare sunt prerăcite într-un schimbător de căldură special de la 800 la 25 °C. Presiunea de lucru din camera de ardere permite eliminarea gazelor de eșapament la diferite adâncimi de scufundare ale submarinului, până la adâncimea de lucru, ceea ce nu necesită utilizarea unui compresor special cu zgomot sporit în aceste scopuri.

Deoarece procesul de alimentare externă cu căldură este însoțit inevitabil de pierderi suplimentare de căldură, eficiența motorului diesel este mai mică decât cea a unui motor diesel. Coroziunea crescută nu permite utilizarea combustibilului diesel convențional în motoarele diesel. Este necesar un combustibil cu conținut scăzut de sulf.

Pentru programul suedez a fost adoptat un DS tip V4-275 de la United Sterling. Este un motor cu patru cilindri (volumul de lucru al fiecărui cilindru este de 275 cm3). Cilindrii sunt aranjați în formă de V pentru a reduce zgomotul și vibrațiile. Presiunea de funcționare în camera de ardere a motorului este de 2 MPa, ceea ce asigură utilizarea acestuia la adâncimi de scufundare submarină de până la 200 m. Pentru a funcționa motorul la adâncimi mari, este necesară comprimarea gazelor de eșapament, ceea ce va necesita un consum suplimentar de energie pentru a elimina gazele de eșapament și va duce la creșterea nivelului de zgomot.

Prima centrală electrică bazată pe DS a fost echipată cu un submarin din clasa Näkken, lansat după modernizare în 1988. Motorul Stirling, rezervoarele pentru depozitarea motorinei, oxigenului lichid și echipamentele auxiliare au fost amplasate într-o secțiune suplimentară cu flotabilitate zero, încorporată în carena rezistentă a submarinului. Din această cauză, lungimea bărcii a crescut cu 10 la sută, ceea ce a afectat ușor modificarea manevrabilității sale.

Două DS tip V4-275R funcționează pe generatoare de curent continuu cu o putere de 75 kW fiecare. Motoarele sunt amplasate în module fonoizolante pe structuri izolatoare de vibrații cu absorbție a șocurilor în două trepte. După cum au arătat testele, DS este capabil să genereze o cantitate suficientă de energie electrică necesară pentru a alimenta sistemele de bord ale submarinului, pentru a asigura reîncărcarea bateriei și pentru a propulsa barca la viteze de până la 4 noduri. Pentru a obține viteze mai mari și pentru a alimenta motorul electric principal al elicei, este planificată utilizarea motorului împreună cu bateria.

Datorită utilizării unei centrale electrice combinate, timpul de croazieră într-o poziție scufundată a crescut de la 3-5 la 14 zile, iar viteza de patrulare a crescut de la 3 la 6 noduri. Ca urmare, secretul submarinului a crescut.

Potrivit experților suedezi, motorul Stirling a demonstrat fiabilitate și mentenanță ridicate în condițiile navei. Emisia sa de zgomot nu depășește zgomotul unui motor electric de propulsie și este cu 20-25 dB mai mică decât cea a unui motor diesel echivalent.

Marina suedeză echipează submarinul din clasa Gotland cu acest VNEU auxiliar. Contractul pentru construcția a trei submarine de acest tip a fost semnat de guvernul țării cu compania Kokums în martie 1990. Primul submarin din această serie - "Gotland" - a fost dat în exploatare în 1996, următoarele două: "Apland" și "Halland" - în 1997. În timpul modernizării, este planificată dotarea submarinelor din clasa Västergotland cu centrale electrice auxiliare de acest tip.

Potrivit unor surse străine, submarinele suedeze echipate cu centrale electrice cu DS au dat deja rezultate bune în practică. În special, în timpul exercițiilor, a fost dovedită superioritatea submarinului Halland față de submarinul marinei spaniole cu o centrală tradițională diesel-electrică, iar caracteristicile sale de performanță îmbunătățite au fost demonstrate în timpul unei călătorii comune cu submarinele nucleare ale Marinei SUA și Franței.

Centrala electrica cu ECG. Un generator electrochimic este un dispozitiv în care energia chimică a unui combustibil este transformată direct în energie electrică. Baza ECG sunt celulele de combustie (FC), în care procesul de generare a energiei electrice are loc în timpul interacțiunii dintre combustibil și oxidant, furnizate continuu și separat către FC. În principiu, o pilă de combustie este un tip de celulă galvanică. Spre deosebire de acestea din urmă, pilele de combustibil nu sunt consumate, deoarece componentele active sunt furnizate continuu (combustibil și oxidant).

În timpul cercetărilor au fost testate diferite tipuri de combustibili și oxidanți. Cele mai bune rezultate au fost obținute folosind reacția dintre oxigen și hidrogen, ca urmare a interacțiunii căreia se generează energie electrică și apă.

Generarea de curent continuu prin arderea la rece a hidrogenului și oxigenului este cunoscută de mult timp și a fost folosită cu succes pentru a genera energie electrică pe vehiculele subacvatice. Acest principiu de generare a energiei electrice a fost folosit pe submarine abia în anii 1980. În PA, oxigenul și hidrogenul au fost depozitate separat în rezervoare rezistente la presiune ridicată. Deși generatoarele electrochimice sunt mai eficiente decât bateriile, utilizarea lor pe submarine a fost complicată de faptul că furnizarea de reactivi de combustibil depozitați în stare gazoasă nu permitea durata necesară a scufundărilor.

Cel mai optim mod de a stoca oxigenul este în stare lichidă (în formă criogenă - la o temperatură de 180 ° C), hidrogen - sub formă de hidrură de metal.

La mijlocul anilor 1980, consorțiul german GSC (Consorțiul German pentru Submarine), inclusiv IKL (Ingenieurkontor Lubeck), HDW (Howaldtswerke Deutsche Werft AG) și FS (Ferrostaal), a dezvoltat și creat o instalație experimentală ECG la uscat cu celule de combustibil Siemens. verificați funcționarea în comun a componentelor sale - pile de combustie, sisteme de stocare a hidrogenului și oxigenului, conductelor, sisteme de control, precum și interacțiunea lucrărilor cu o centrală electrică tradițională

PL. Prototipul ECG a fost proiectat structural în așa fel încât la finalizarea testelor să poată fi instalat pe un submarin în funcțiune fără modificări. Rezultatele testelor de la mal au arătat că centrala electrică cu ECG poate fi utilizată eficient pe submarine.

În 1989, în interesul Marinei Germane, a fost finalizată cu succes o serie de nouă luni de teste pe mare a submarinului U-1 al Proiectului 205, echipat cu un VNEU auxiliar cu ECG la șantierul naval HDW. Drept urmare, conducerea acestui tip de aeronave a renunțat la construcția ulterioară a submarinelor cu doar centrale diesel-electrice și a decis să folosească cele „hibride” (DEPP ca centrale electrice principale și auxiliare cu ECG). Cercetările ulterioare vizează dezvoltarea unor astfel de instalații cu ECG ca principală.

Din punct de vedere structural, ECH-urile sunt module electrochimice cu membrane polimerice (PEM). Toate modulele sunt instalate pe un singur cadru și pot fi conectate fie în serie, fie în paralel.

Auxiliare într-o centrală electrică cu ECG sunt un sistem de răcire cu apă de mare și un sistem de gaze reziduale. Acesta din urmă asigură arderea ulterioară a hidrogenului rezidual în sistemul de ventilație a bateriei și utilizarea oxigenului rezidual pentru nevoile de la bord. Sistemul de control al centralei electrice este integrat cu sistemul de control al siguranței, ale cărui monitoare sunt amplasate în camera centrală de control.

Conversia energiei în celulele de combustibil are loc în tăcere. Centrala nu conține unități care efectuează mișcări de rotație sau oscilatorii. Are o generare scăzută de căldură, drept urmare nu are un efect semnificativ asupra formării câmpurilor fizice. Singurul sistem auxiliar cu piese rotative este sistemul de răcire, dar nu este atât de zgomotos încât să afecteze foarte mult nivelul câmpului acustic al submarinului.

Activarea inițială a reacțiilor în celulele de combustie nu necesită multă energie electrică, astfel încât hidrura metalică stocată în cilindrii amplasați în spațiul cu două fețe începe să elibereze hidrogen și oxigen stocat în stare lichidă în rezervoare criogenice rezistente la șocuri, realizate din rezervoare scăzute. -otelul magnetic incepe sa se evapore.

Acest tip de centrală este destul de eficientă, are o eficiență ridicată - până la 70 la sută, iar în acest indicator depășește semnificativ alte centrale electrice independente de aer. Datele comparative cu privire la dependența eficienței diferitelor tipuri de VNEU de nivelul relativ al puterii de ieșire sunt prezentate în grafic. Procesul de conversie a energiei are loc la temperaturi scăzute de funcționare (60-90 °C). Pentru a menține procesul electrochimic inițial inițial, este necesară generarea unei cantități mici de căldură de către sistem în timpul funcționării. O parte din căldura generată de CE poate fi utilizată în scopuri casnice, cum ar fi încălzirea. Cantitatea de căldură care trebuie îndepărtată din instalație este mică, astfel încât răcirea forțată a centralei electrice cu apă de mare nu necesită mult timp (până la o zi de funcționare). Apa produsă de reacție poate fi folosită pentru băut după un tratament adecvat.

Combinația de elemente de combustibil compacte conectate în serie vă permite să obțineți orice tensiune necesară. Reglarea tensiunii se realizează prin schimbarea numărului de plăci din unitățile cu celule de combustie. Cea mai mare putere poate fi obținută prin conectarea acestor elemente în serie.

Funcționarea unității ECG nu depinde de adâncimea de scufundare a submarinului. Electricitatea generată de o astfel de centrală merge direct la tabloul principal de distribuție al bărcii. 65 la sută se cheltuiește pentru mișcare și nevoile navei, 30 la sută. - pentru sistemul de racire si sistemul de gaze reziduale a centralei electrice, 5 la suta. - pentru echipamente suplimentare ale centralei electrice. Centrala auxiliara poate functiona atat in paralel cu bateria, asigurand propulsia electrica a submarinului si alimentarea cu energie altor consumatori, cat si pentru reincarcarea bateriei.

Este planificată să echipeze patru și două submarine de tip 212A cu o centrală electrică auxiliară cu ECG, care sunt construite pentru marinele germane și, respectiv, italiene, precum și o versiune de export a bărcii de tip 214 pentru Grecia și Republica Coreea. marinele.

Două submarine din prima subserie de bărci de tip 212A pentru Marina Germană sunt echipate cu o centrală electrică auxiliară cu un ECG cu o putere nominală de aproximativ 300 kW cu nouă celule de combustie de 34 kW fiecare. Bărcile din a doua subserie sunt planificate să fie echipate cu două celule de combustibil de 120 kW. Acestea vor avea aproape aceleași caracteristici de greutate și dimensiune ca pilele de combustibil de 34 kW, dar în același timp eficiența lor va crește de 4 ori. Submarinul de tip 212A va putea rămâne scufundat timp de aproximativ două săptămâni. Puterea nominală a acestei instalații vă va permite să atingeți o viteză de până la 8 noduri fără utilizarea bateriei.

Proiectarea modulară a centralelor pe bază de celule de combustie nu numai că facilitează instalarea acestora pe submarinele aflate în construcție, dar le permite să fie echipate cu cele construite anterior, chiar și cu cele care au fost construite sub licențe la șantierele navale ale țărilor care importă submarine germane.

În plus, o astfel de centrală, conform experților germani, se caracterizează printr-o întreținere ridicată și o durată de viață mai lungă.

Unitate de turbină cu abur cu ciclu închis (STU). PTU MESMA (Module d'Energie Sous-Marin Autonome), care funcționează pe un ciclu Rankine închis, a fost dezvoltat de departamentul de construcții navale al Marinei Franceze DCN pentru vânzarea la export. Companiile franceze Tecnicatom, Thermodyne, Air Liquid și altele sunt implicate în producția sa.Bertin, precum și șantierul naval Empresa Nacional Bazan (Spania).

MESMA este o instalație cu două circuite. În primul circuit, ca urmare a arderii etanolului în oxigen, se formează un lichid de răcire (gaz de abur), care trece prin calea generatorului de abur și degajă căldură apei care circulă în al doilea circuit. Apa este transformată în abur de înaltă presiune, care rotește o turbină cu abur conectată la un generator. Oxigenul este stocat la bordul submarinului în recipiente speciale în stare lichidă. Produșii reacției de ardere sunt apă și gaze de eșapament evacuate peste bord. Acest lucru poate duce la o creștere a vizibilității submarinelor.

Arderea în camera de ardere are loc la o presiune de 6 MPa, în urma căreia instalația poate funcționa la adâncimi de până la 600 m, deci nu este nevoie să folosiți un compresor pentru a îndepărta produsele de ardere peste bord.

Eficiența unei centrale electrice cu o turbină cu abur MESMA este de 20%, ceea ce se datorează pierderilor mari în timpul conversiei multiple de energie - arderea combustibilului, producerea de abur supraîncălzit, generarea de curent trifazat și conversia ulterioară a acestuia în curent continuu.

Întreaga instalație în ansamblu este destul de compactă și este montată într-o secțiune dintr-o carcasă durabilă de 10 m lungime și 7,8 m lățime. Oxigenul este stocat în stare lichefiată în cilindri montați pe suporturi speciale de absorbție a șocurilor în interiorul carcasei durabile a submarinului într-un pozitie verticala.

În septembrie 1998, au fost finalizate testele pe banc ale unui prototip al centralei electrice MESMA. În aprilie 2000, la șantierul naval din Cherbourg a fost fabricată prima centrală electrică de navă, situată într-o secțiune de cocă sub presiune. După finalizarea testelor de acceptare, modulul cu centrala electrică urma să fie trimis în Pakistan pentru a echipa submarinul Ghazi de tip Agosta 90B care se construiește acolo sub licență franceză. Acesta este primul submarin de acest tip pe care va fi instalată o centrală electrică auxiliară independentă de aer în timpul construcției. Celelalte două submarine, construite mai devreme, sunt planificate să fie echipate cu ele mai târziu - în proces de modernizare și reparare.

Utilizarea centralelor electrice auxiliare independente de aer pe submarinele nenucleare a făcut posibilă îmbunătățirea caracteristicilor lor de performanță în ceea ce privește durata navigației subacvatice, ceea ce a sporit stealth-ul ambarcațiunilor și le-a extins capacitățile de luptă. Pe lângă submarinele aflate în construcție, VNEU-urile auxiliare pot fi echipate cu submarine diesel existente în procesul de modernizare. Dezvoltarea în continuare a tehnologiilor și obținerea pe această bază de noi caracteristici calitative ale VNEU va permite cel mai probabil submarinelor nenucleare să rezolve problemele inerente submarinelor nucleare.

Pentru a comenta trebuie să vă înregistrați pe site.

adică, spre deosebire de un motor cu ardere internă, un motor cu ardere internă, în care fluidul de lucru este simultan combustibil ars în interiorul cilindrului, în Stirling combustibilul arde în exterior, încălzește fluidul de lucru (aerul) în interiorul cilindrului și apoi, ca de obicei, manivela etc.

în acest articol, nu am văzut caracteristica principală poziționată reală, anaerobicitatea, adică la fel cum un motor cu ardere internă are nevoie de oxigen pentru ardere, astfel încât în ​​agitare se folosește același proces de ardere, adică este încă nevoie de oxigen.
arderea este pur și simplu transferată din interior în exterior și asta este tot. Ei bine, și Stirling arde continuu, și nu într-o manieră pulsată, explozivă, ca într-un motor cu ardere internă, de unde silențialitatea sa, care este utilă pentru un submarin. Dar astea sunt toate avantajele

M-am gândit că, în loc de ardere, vor fi folosite și alte reacții chimice exoterme, de exemplu, cu participarea apei în loc de oxigen, ceea ce este logic, pe uscat este mult oxigen în jur, sub apă există apă proprie.
Nu știu, turnați-l în cilindru sau în afara lui, ei bine, cel puțin var nestins, și turnați apă pe el, transformați căldura generată în rotație
de ce să declari un motor anaerob și să folosești totuși oxigenul?

în continuare, dacă dezvoltăm ideea - proiectul folosește un motor electric ca motor principal de propulsie, iar stirling-ul va fi nevoie doar pentru a reîncărca bateriile, așa că nu ar fi mai ușor să ne concentrăm asupra mijloacelor de producere directă a EMF prin reacții chimice fara mecanica?
Acest lucru mi-a adus aminte cum vara, la dacha fără curent electric, am conectat un invertor de 220 la o baterie de mașină, la care am conectat becuri economice cu LED-uri de joasă tensiune. Apoi mi-a dat seama că a fost o prostie să măresc mai întâi tensiunea de la 12 la 220, iar apoi la bec scade din nou, am făcut un LED de 12V de casă și bateria a început să țină de trei ori mai mult..

În perioada sovietică, la Podolsk se fabricau baterii încărcate uscate, ale căror plăci erau presate cu o compoziție corespunzătoare stării de încărcare a bateriei cu plumb. O astfel de baterie poate fi depozitată într-un depozit foarte mult timp și poate fi încărcată, apoi cumpărătorul toarnă electrolit în ea și îl pune imediat pe mașină. De exemplu, încărcați plăci uscate cu electrolit pe un submarin, care sunt consumate în timpul mișcării și sunt înlocuite cu altele proaspete, iar apoi materialul nou este încărcat la doc, cum ar fi combustibilul, iar cel uzat este descărcat și regenerat la fabrică în unul nou încărcat uscat. Toate. Fără conversie dublă cu eficiența unei locomotive cu abur, fără oxigen, circuit cu adevărat anaerob.

Ei bine, cu o baterie cu plumb-acid este doar o idee neînțeleasă, puteți veni cu un proces mult mai perfect, de exemplu pe litiu, aceasta este minus greutatea și minus acidul periculos.