Anaerobik tahrik sistemi. Anaerobik tahrik tesisi

Çalışma prensibi, normal içten yanmalı motordan niteliksel olarak farklı olan Stirling motoru, bir zamanlar ikincisine değerli bir rakip oluşturuyordu. Ancak bir süre onu unuttular. Bu motor bugün nasıl kullanılıyor, çalışma prensibi nedir (makalede ayrıca Stirling motorunun çalışmasını açıkça gösteren çizimlerini de bulabilirsiniz) ve gelecekte kullanım beklentileri nelerdir, aşağıda okuyun.

Hikaye

1816'da İskoçya'da Robert Stirling, bugün mucidinin adını taşıyan şeyin patentini aldı. İlk sıcak hava motorları ondan önce icat edilmişti. Ancak Stirling, teknik literatürde rejeneratör veya ısı eşanjörü olarak adlandırılan cihaza bir arıtıcı ekledi. Bu sayede üniteyi sıcak tutarken motor performansı arttı.

Motor, hiç patlamadığı için o dönemde mevcut olan en dayanıklı buhar motoru olarak kabul edildi. Bundan önce bu sorun sıklıkla diğer motorlarda da oluyordu. Hızlı başarısına rağmen, o dönemde ortaya çıkan diğer içten yanmalı motorlara ve elektrik motorlarına kıyasla daha az ekonomik hale gelmesi nedeniyle yirminci yüzyılın başlarında geliştirilmesinden vazgeçildi. Ancak Stirling hala bazı endüstrilerde kullanılmaya devam etti.

Dıştan yanmalı motor

Tüm ısı motorlarının çalışma prensibi, genleşmiş halde gaz üretmek için, soğuk olanı sıkıştırırken olduğundan daha büyük mekanik kuvvetlere ihtiyaç duyulmasıdır. Bunu açıkça göstermek için, soğuk ve sıcak suyla dolu iki tava ve bir şişeyle bir deney yapabilirsiniz. İkincisi soğuk suya batırılır, bir tıpa ile tıkanır ve ardından sıcak suya aktarılır. Bu durumda şişedeki gaz mekanik iş yapmaya başlayacak ve mantarı dışarı itecektir. İlk dıştan yanmalı motor tamamen bu sürece dayanıyordu. Ancak daha sonra mucit, ısının bir kısmının ısıtma için kullanılabileceğini fark etti. Böylece verimlilik önemli ölçüde arttı. Ancak bu bile motorun yaygınlaşmasına yardımcı olmadı.

Daha sonra İsveçli bir mühendis olan Erickson, gazı hacim yerine sabit basınçta soğutmayı ve ısıtmayı önererek tasarımı geliştirdi. Sonuç olarak madenlerde, gemilerde ve matbaalarda pek çok kopya kullanılmaya başlandı. Ancak mürettebat için çok ağır oldukları ortaya çıktı.

Philips'ten dıştan yanmalı motorlar

Benzer motorlar aşağıdaki tiplerdendir:

• buhar;
• buhar türbünü;
• Stirling.

İkinci tip, düşük güvenilirlik ve ortaya çıkan diğer ünite türlerine kıyasla en yüksek performans göstergelerinin olmaması nedeniyle geliştirilmemiştir. Ancak Philips 1938'de faaliyetlerine yeniden başladı. Motorlar elektriksiz alanlarda jeneratörleri çalıştırmak için kullanılmaya başlandı. 1945'te şirketin mühendisleri bunların tam tersi bir kullanım alanı buldu: Şaft bir elektrik motoruyla döndürülürse, silindir kafasının soğuması eksi yüz doksan santigrat dereceye ulaşır. Daha sonra soğutma ünitelerinde geliştirilmiş bir Stirling motorunun kullanılmasına karar verildi.

Çalışma prensibi

Motor, sıkıştırma ve genleşmenin farklı sıcaklıklarda meydana geldiği termodinamik döngülerde çalışır. Bu durumda, çalışma sıvısının akışının düzenlenmesi, değişen hacim (veya modele bağlı olarak basınç) nedeniyle gerçekleştirilir. Farklı işlevlere ve tasarım tasarımlarına sahip olabilen bu makinelerin çoğunun çalışma prensibi budur. Motorlar pistonlu veya döner olabilir. Makineler, tesisatlarıyla birlikte ısı pompası, buzdolapları, basınç jeneratörleri vb. olarak çalışır.

Ayrıca akış kontrolünün vanalar aracılığıyla sağlandığı açık çevrim motorlar da bulunmaktadır. Bunlara Stirling ortak ismine ek olarak Erickson motorları da denir. İçten yanmalı bir motorda, havanın ön sıkıştırılması, yakıt enjeksiyonu, yanma ve genleşme ile karıştırılan karışımın ısıtılması sonrasında faydalı çalışmalar gerçekleştirilir.

Stirling motoru aynı prensiple çalışır: düşük sıcaklıklarda sıkıştırma meydana gelir ve yüksek sıcaklıklarda genleşme meydana gelir. Ancak ısıtma farklı şekilde gerçekleştirilir: ısı, silindir duvarından dışarıdan sağlanır. Bu nedenle dıştan yanmalı motor adını almıştır. Stirling, yer değiştirme pistonuyla periyodik sıcaklık değişimlerini kullandı. İkincisi, gazı silindirin bir boşluğundan diğerine hareket ettirir. Bir yandan sıcaklık sürekli düşük, diğer yandan yüksek. Piston yukarı doğru hareket ettiğinde, gaz sıcak boşluktan soğuk boşluğa doğru hareket eder ve aşağıya doğru sıcak olana geri döner. Gaz önce buzdolabına çok fazla ısı verir, ardından ısıtıcıdan verdiği miktarın aynısını alır. Isıtıcı ile buzdolabı arasına bir rejeneratör yerleştirilir - gazın ısı verdiği malzemeyle dolu bir boşluk. Akış tersine döndüğünde rejeneratör onu geri döndürür.

Yer değiştirme sistemi, gazı soğukken sıkıştıran ve sıcakken genleşmesini sağlayan çalışan bir pistona bağlıdır. Daha düşük sıcaklıkta sıkıştırma nedeniyle faydalı iş meydana gelir. Tüm sistem aralıklı hareketlerle dört döngüden geçer. Krank mekanizması sürekliliği sağlar. Bu nedenle döngünün aşamaları arasında keskin sınırlar yoktur ve Stirling azalmaz.

Yukarıdakilerin tümü göz önüne alındığında, sonuç, bu motorun, çalışma akışkanının kapalı alanı terk etmediği ve değiştirilmediği, harici bir ısı kaynağına sahip bir pistonlu makine olduğunu göstermektedir. Stirling motorunun çizimleri, cihazı ve çalışma prensibini iyi bir şekilde göstermektedir.

İş ayrıntıları

Güneş, elektrik, nükleer enerji veya herhangi bir başka ısı kaynağı Stirling motoruna enerji sağlayabilir. Vücudunun çalışma prensibi helyum, hidrojen veya hava kullanmaktır. İdeal bir çevrim, yüzde otuz ila kırk arasında mümkün olan maksimum termal verime sahiptir. Ancak etkili bir rejeneratör ile daha yüksek verimle çalışabilecektir. Rejenerasyon, ısıtma ve soğutma, yağsız çalışan dahili ısı eşanjörleri ile sağlanır. Motorun çok az yağlama gerektirdiğine dikkat edilmelidir. Silindirdeki ortalama basınç genellikle 10 ila 20 MPa arasındadır. Bu nedenle mükemmel bir sızdırmazlık sistemi ve yağın çalışma boşluklarına girme yeteneği gereklidir.

Karşılaştırmalı özellikler

Bugün çalışan bu tip motorların çoğu sıvı yakıt kullanıyor. Aynı zamanda sürekli basıncın kontrol edilmesi kolaydır ve bu da emisyonların azaltılmasına yardımcı olur. Valflerin bulunmaması sessiz çalışmayı sağlar. Güç ve ağırlık, turboşarjlı motorlarla karşılaştırılabilir ve çıkışta elde edilen özgül güç, dizel üniteninkine eşittir. Hız ve tork birbirinden bağımsızdır.

Bir motorun üretim maliyetleri, içten yanmalı bir motora göre çok daha yüksektir. Ancak operasyon sırasında bunun tersi doğrudur.

Avantajları

Herhangi bir Stirling motor modelinin birçok avantajı vardır:

• Modern tasarımla verimlilik yüzde yetmişlere ulaşabiliyor.
• Motorda yüksek voltajlı ateşleme sistemi, eksantrik mili veya valfler yoktur. Tüm hizmet ömrü boyunca ayarlanmasına gerek kalmayacaktır.
• Stirling'ler, krank milini, yatakları ve biyel kollarını ağır şekilde yükleyen içten yanmalı motordakiyle aynı patlamaya sahip değildir.
• “Motor durdu” dedikleri zaman aynı etkiyi yaratmıyorlar.
• Cihazın sadeliği nedeniyle uzun süre kullanılabilir.
• Odunla, nükleerle veya başka herhangi bir yakıtla çalışabilir.
• Yanma motorun dışında meydana gelir.

Kusurlar

Başvuru

Günümüzde jeneratörlü Stirling motoru birçok alanda kullanılmaktadır. Buzdolaplarında, pompalarda, denizaltılarda ve güneş enerjisi santrallerinde evrensel bir elektrik enerjisi kaynağıdır. Farklı yakıt türlerinin kullanılması sayesinde yaygın olarak kullanılması mümkündür.

Rönesans

Bu motorlar Philips sayesinde yeniden gelişmeye başladı. Yirminci yüzyılın ortalarında General Motors onunla bir anlaşmaya vardı. Stirling'lerin uzay ve su altı cihazlarında, gemilerde ve arabalarda kullanılmasına yönelik gelişmelere öncülük etti. Onları takiben İsveç'ten başka bir şirket olan United Stirling, olası kullanımlar da dahil olmak üzere bunları geliştirmeye başladı.

Günümüzde doğrusal Stirling motoru su altı, uzay ve güneş enerjisi araçlarının kurulumlarında kullanılmaktadır. Gürültüye karşı mücadelenin yanı sıra çevresel bozulma konularının da önemi nedeniyle buna büyük ilgi var. Kanada ve ABD, Almanya ve Fransa'nın yanı sıra Japonya'da da kullanımını geliştirmek ve iyileştirmek için aktif araştırmalar sürüyor.

Gelecek

Pistonlu ve Stirling motorlarının uzun servis ömrü, farklı yakıt kullanımı, gürültüsüzlük ve düşük toksisiteden oluşan bariz avantajları, onu içten yanmalı motora kıyasla çok umut verici kılıyor. Ancak içten yanmalı motorun zaman içinde geliştirildiği göz önüne alındığında, yerini kolaylıkla değiştirmek mümkün değildir. Öyle ya da böyle, bugün lider konumda olan tam da bu motordur ve yakın gelecekte ondan vazgeçmeye niyetim yok.

", Federal Devlet Üniter Teşebbüsü (FSUE) "Krylov Bilim Merkezi", anaerobik, yani havadan bağımsız bir enerji santraline (VNEU) sahip ilk denizaltının oluşturulmasının, gemi yapımında önemli bir teknolojik atılım sağlayacağını bildirdi.

Havadan bağımsız kurulumların bilimsel ve teknik temeli oluşturuldu. Katı elementlere dayalı bir elektrokimyasal jeneratöre sahip bir buhar reformasyon ünitesi geliştirildi. Endüstriyel tasarımı oluşturulmuştur. Temel teknolojiler arasında dizel yakıttan hidrojen üretimi, hidrojenden elektrik akımı elde eden bir elektrokimyasal jeneratörün oluşturulması ve atıkların ilk döngüden uzaklaştırılması yer alıyor. Yani reaksiyon sırasında ortaya çıkan CO2. Bu sorun halen sonuçlandırılıyor, ancak uygun finansmanla çözülecektir.

- söz konusu işletmenin genel müdürü Mikhail Zagorodnikov dedi.

Her şeyden önce VNEU, geminin aküleri şarj etmek ve dizel jeneratörleri su altında çalıştırmak için gereken havayı yenilemek için yüzeye çıkma ihtiyacını ortadan kaldırıyor.

Belirtildiği gibi, şu anda Almanlar, VNEU'nun geliştirilmesinde en büyük ilerlemeyi yaratarak kaydetti. 2014 yılında Fransız DCNS, söz konusu kurulumla Scorpene sınıfı bir denizaltıyı donatarak bu yöndeki başarılarını bildirdi. Şirketin Avustralya Donanması tarafından aranan daha büyük denizaltı tasarımı SMX Ocean'dır (diğer adıyla Shortfin Barracuda). Hindistan'da VNEU, Kalvari tipi tekneler için (Scorpene'ye dayalı) geliştirilmektedir.

Yukarıda belirtilen yabancı deneyimin aksine, Rus VNEU tamamen farklı bir çalışma yöntemini ima ediyor: hidrojen gemide taşınmıyor, ancak dizel yakıtın yeniden düzenlenmesiyle doğrudan tesiste elde ediliyor.

Deniz silahları alanında uzman Vladimir Shcherbakov, VNEU'lu denizaltıların, düşman tarafından sıkı bir şekilde kontrol edilen sularda başarılı bir şekilde faaliyet göstermeyi mümkün kıldığına inanıyor.

Düşmanın denizaltı karşıtı kuvvetlerinin aktif olarak faaliyet gösterdiği durumlarda havada süzülmeme yeteneği önemlidir. Büyük Vatanseverlik Savaşı sırasında teknelerimizin Baltık'taki Almanlar için ne kadar kolay bir av olduğunu hatırlamak yeterli. Savaşın sonlarına doğru Kuzey Atlantik'teki Alman denizaltıları için de benzer bir durum ortaya çıktı.

Ona göre bu tip tekneler, özellikle nükleer denizaltı filosu olmayan ülkelerde yüksek ihracat potansiyeline sahip. Rusya için bu aşamada teknolojileri test etmek ve uzmanları eğitmek için kendisini Lada projesinin birkaç teknesiyle sınırlamanın yeterli olduğuna inanıyor.

İyi geliştirilmiş seri Varshavyankalar artık üsleri ve kıyıları düşman nükleer botlarından koruma konusunda oldukça yetenekli.

Şu anda St. Petersburg'daki Amirallik Tersaneleri inşa ediliyor: Kronstadt ve Velikiye Luki. Bu projenin öncü denizaltısı St. Petersburg, Kuzey Filosunda deneme operasyonundan geçiyor. Henüz anaerobik enerji santrali bulunmamaktadır.

Anaerobik enerji santralli Amur-950 projesi denizaltısının görüntüsü

CDB MT "Rubin"

Proje 677 Lada'nın deneysel denizaltısına ve Kalina projesinin nükleer olmayan yeni denizaltısına kurulması planlanan gelecek vaat eden Rus anaerobik enerji santrali, iki kat kapasiteli bir batarya alacak. Mil.Press FlotProm'un yazdığı gibi, geliştirilmiş bataryanın elektrik gücü mevcut model için 50 yerine yüz kilovat olacak. Denizaltıların anaerobik enerji santralleri için yeni bir bataryanın geliştirilmesi ve test edilmesinin 2020 yılına kadar tamamlanması planlanıyor.

Modern dizel-elektrik denizaltıların daha büyük nükleer denizaltılara göre birçok avantajı vardır. Ana avantajlardan biri, su altında hareketin neredeyse tamamen sessiz olmasıdır, çünkü bu durumda geminin hareketinden yalnızca pillerle çalışan sessiz elektrik motorları sorumludur. Bu piller, yüzeydeki dizel jeneratörlerden veya jeneratörlere hava sağlanabilen özel bir boru olan şnorkel takmanın mümkün olduğu bir derinlikte şarj edilir.

Geleneksel dizel-elektrikli denizaltıların dezavantajları arasında geminin su altında geçirebileceği sürenin nispeten kısa olması yer alıyor. En iyi durumda, üç haftaya ulaşabilir (karşılaştırma için nükleer denizaltılar için bu rakam 60-90 gündür), ardından denizaltının yüzeye çıkıp dizel jeneratörleri çalıştırması gerekecektir. Çalışmak için dış havaya ihtiyaç duymayan anaerobik enerji santrali, nükleer olmayan bir denizaltının önemli ölçüde daha uzun süre su altında kalmasına olanak tanıyacak. Örneğin Lada projesinin böyle bir kuruluma sahip bir denizaltısı 45 gün su altında kalabilmektedir.

Gelecek vaat eden bir Rus anaerobik enerji santrali, operasyon için yüksek oranda saflaştırılmış hidrojen kullanacak. Bu gaz, gemide dizel yakıttan reformasyon yoluyla, yani yakıtın hidrojen içeren gaza ve aromatik hidrokarbonlara dönüştürülmesiyle üretilecek ve bunlar daha sonra bir hidrojen ayırma ünitesinden geçecektir. Hidrojen daha sonra hidrojen-oksijen yakıt hücrelerine beslenecek ve burada motorlar ve araç içi sistemler için elektrik üretilecek.

BTE-50K-E pil test tezgahında

Krylov Devlet Bilim Merkezi

Elektrokimyasal jeneratör olarak da adlandırılan pil, Gemi Elektrik Mühendisliği ve Teknolojisi Merkezi Araştırma Enstitüsü tarafından geliştiriliyor. Hidrojen ve oksijenin reaksiyonuyla elektrik üreten bu pile BTE-50K-E adı veriliyor. Gücü 50 kilovattır. Geliştirilen pilin gücü yüz kilovat olacak. Yeni batarya, 250-450 kilowatt kapasiteli, gelecek vaat eden nükleer olmayan denizaltıların güç modüllerinin bir parçası olacak.

Hidrojen yakıt hücreleri olarak da adlandırılan elektrokimyasal elementlerin yanı sıra, bu tür modüller hidrokarbon yakıt dönüştürücülerini de içerecek. Dizel yakıt reformasyon süreci bunların içinde gerçekleşecek. Yeni pilin geliştiricilerinden birinin Mil.Press FlotProm'a söylediği gibi, hidrokarbon yakıt dönüştürücüsü şu anda geliştirilme aşamasındadır. Denizaltılara yönelik anaerobik enerji santralinin geliştirilmesinin 2018 yılı sonuna kadar tamamlanmasının planlandığı daha önce bildirilmişti.

Geçtiğimiz Şubat ayında, Georgia Teknoloji Enstitüsü'nden araştırmacılar, metan ve hidrojen üretiminin katalitik olarak yeniden düzenlenmesi için kompakt, dört zamanlı, pistonlu bir ünitenin geliştirildiğini duyurdu. Yeni tesisler bir zincir halinde birleştirilebilir, böylece hidrojen verimi arttırılabilir. Kurulum oldukça kompakttır ve güçlü ısıtma gerektirmez. Reaktör dört zamanlı çevrimle çalışmaktadır. İlk strok sırasında buharla karışan metan, valfler aracılığıyla silindire beslenir. Aynı zamanda silindirdeki piston düzgün bir şekilde alçalır. Piston en alt noktaya ulaştıktan sonra karışımın beslemesi kesilir.

İkinci vuruşta piston yükselir ve karışımı sıkıştırır. Aynı zamanda silindir 400 santigrat dereceye kadar ısıtılır. Yüksek basınç ve ısı koşulları altında reformasyon süreci meydana gelir. Hidrojen salınırken, reformasyon sırasında üretilen karbondioksiti de durduran bir zardan geçer. Karbondioksit, katalizörle karıştırılan adsorban malzeme tarafından emilir.

Üçüncü vuruşta piston en alt konumuna inerek silindirdeki basıncı keskin bir şekilde azaltır. Bu durumda adsorban malzemeden karbondioksit açığa çıkar. Daha sonra dördüncü vuruş başlar ve bu sırada silindirdeki valf açılır ve piston tekrar yükselmeye başlar. Dördüncü vuruş sırasında karbondioksit silindirden atmosfere sıkılır. Dördüncü vuruştan sonra döngü yeniden başlar.

Vasili Sychev

“Yabancı Askeri İnceleme” No. 6. 2004. (s.59-63)

Kaptan 1. Sıra N. SERGEEV,

kaptan 1. rütbe I. YAKOVLEV,

kaptan 3. sıra S. IVANOV

Geleneksel dizel elektrik santraline (EP) sahip denizaltılar, belirli görevleri çözmenin oldukça etkili bir yoludur ve özellikle kıyı ve sığ deniz alanlarında çalışırken denizaltılara göre bir takım avantajlara sahiptir. Bu avantajlar arasında düşük gürültü seviyeleri, düşük hızlarda yüksek manevra kabiliyeti ve denizaltılarla karşılaştırılabilecek vuruş gücü yer alıyor. Ek olarak, nükleer olmayan denizaltıların Donanmaya dahil edilmesi büyük ölçüde bunların yaratılma ve işletilme maliyetlerinin düşük olmasından kaynaklanmaktadır. Aynı zamanda, bir takım dezavantajlara da sahiptirler, özellikle de bataryada depolanan enerji miktarının az olması nedeniyle su altında kalma süresinin sınırlı olması. Bataryayı şarj etmek için denizaltı yüzeye çıkmaya veya su altı dizel çalışma modunu (RDS) kullanmaya zorlanır; bu, radar, kızılötesi, optik-elektronik ve akustik araçlarla tespit edilme olasılığını artırır. Akülerin şarj edilmesi için gereken RDP uyarınca seyir süresinin akü deşarj süresine oranına “ihmal derecesi” denir.

Nükleer olmayan denizaltıların ve bileşenlerinin geleneksel gücünü artırmak amacıyla, su altında seyir menzilini arttırmanın çeşitli yönleri vardır; bunların başlıcaları bilimsel, teknik ve teknolojik gelişmelerdir. Ancak modern koşullarda bu yöndeki uygulamanın uygulanması asıl soruna tam anlamıyla çözüm sağlayamamaktadır. Yabancı uzmanlara göre bu durumdan çıkış yolu, denizaltında yardımcı olarak hizmet verebilecek havadan bağımsız bir enerji santralinin (VNEU) kullanılmasıdır.

Bu konuyla ilgili çalışmalar sırasında elde edilen başarılı sonuçlar, yeni inşa edilen yardımcı VNEU'ların donatılmasını ve dizel-elektrik denizaltılarının operasyonda güçlendirilmesini mümkün kıldı. İkincisi, santralin kendisini, yakıt ve oksitleyiciyi depolamak için tankları, sarf malzemelerinin kütlesini değiştirmek için tankları, yardımcı mekanizmaları ve ekipmanın yanı sıra izleme ve kontrol cihazlarını içeren, dayanıklı bir gövdeye kesilmiş ek bir bölmeye sahiptir. Gelecekte VNEU'nun denizaltılarda ana olarak kullanılması planlanıyor.

Şu anda dört ana tip havadan bağımsız enerji santrali bulunmaktadır: kapalı çevrim dizel motor (CLD), Stirling motoru (DS), yakıt hücreleri veya elektrokimyasal jeneratör (EKG) ve kapalı çevrim buhar türbini tesisi.

VNEU'nun temel gereksinimleri arasında aşağıdakiler yer almaktadır: düşük gürültü seviyesi, düşük ısı üretimi, kabul edilebilir ağırlık ve boyut özellikleri, basitlik ve operasyon güvenliği, uzun hizmet ömrü ve düşük maliyet, mevcut kıyı altyapısını kullanma yeteneği. Bu gereksinimler büyük ölçüde Stirling motoru, ECG ve kapalı çevrim buhar türbini ünitesine sahip yardımcı enerji santralleri tarafından karşılanmaktadır. Bu nedenle, bazı ülkelerin donanmaları nükleer olmayan denizaltılara yönelik pratik uygulamalar üzerinde aktif olarak çalışmaktadır.

Stirling motorlu enerji santrali. İsveç şirketi Kokums Marine AB, 1982 yılında hükümet tarafından görevlendirilerek geliştirilmesine başladı. Uzmanlar başlangıçta Stirling motorlu VNEU'yu geleneksel bir dizel elektrik santrali (DEPU) ile birlikte çalışan yardımcı bir motor olarak değerlendirdiler. Çalışmaları, ana tesis olarak (geleneksel DEPP kullanılmadan) oluşturulan yeni bir tesisin üretilmesinin çok pahalı olacağını ve bir denizaltı enerji santralinin teknik gereksinimlerinin karşılanmasının zor olacağını gösterdi.

İsveç Kraliyet Donanması, Stirling motorlu VNEU'yu çeşitli nedenlerden dolayı seçti: yüksek güç yoğunluğu, düşük gürültü seviyesi, gelişmiş dizel motor üretim teknolojileri, güvenilirlik ve kullanım kolaylığı.

Dizel motorun yüksek özgül gücü, dizel yakıtın yanma odasında oksijenle birlikte yakılmasıyla elde edilir. Denizaltıda, modern kriyojenik teknolojilerin sağladığı gerekli oksijen kaynağı sıvı halde depolanıyor.

Stirling motoru dıştan yanmalı bir motordur. Çalışma prensibi, harici bir kaynak tarafından üretilen ısının kullanımını ve kapalı bir döngüde bulunan çalışma sıvısına sağlanmasını içerir. DC, harici bir kaynak tarafından üretilen ısıyı mekanik enerjiye dönüştürür ve bu daha sonra jeneratör tarafından doğru akıma dönüştürülür. Motorun kapalı çalışma devresinin bir parçası olan rejeneratör, genleştikten sonra üretilen termal enerjiyi çalışma akışkanından alır ve gazın yön değiştirmesi durumunda bunu çevrime geri döndürür.

DS çift etkili pistonlar kullanır. Pistonun üstündeki boşluk genleşme boşluğu, pistonun altındaki boşluk ise sıkıştırma boşluğudur. Her silindirin sıkıştırma boşluğu, bir buzdolabı, rejeneratör ve ısıtıcı aracılığıyla harici bir kanalla bitişik silindirin genleşme boşluğuna bağlanır. Genleşme ve sıkıştırma aşamalarının gerekli kombinasyonu, krank bazlı bir dağıtım mekanizması kullanılarak elde edilir. Stirling motorunun şematik diyagramı şekilde gösterilmiştir.

Dizel motorun çalışması için gerekli olan termal enerji, yüksek basınçlı bir yanma odasında dizel yakıt ve sıvı oksijenin yakılmasıyla üretilir. 4:1 oranındaki oksijen ve dizel yakıt yanma odasına girer ve burada yakılır.

Çalışma sürecinin gerekli sıcaklığını korumak ve malzemelerin yeterli ısı direncini sağlamak için DS'nin tasarımında özel bir gaz devridaim sistemi (GRC) kullanılmıştır. Bu sistem tasarlanmıştır

yanma odasına giren saf oksijeni, yakıt karışımının yanması sırasında oluşan gazlarla seyreltmek için.

Bir Stirling motoru çalıştığında, egzoz gazlarının bir kısmı denize atılır ve bu da bir kabarcık izi oluşmasına neden olabilir. Bunun nedeni, dizel motorlardaki yanma işleminin, egzoz gazlarından ayrılamayan büyük miktarda kullanılmamış oksijenle gerçekleşmesidir. Egzoz gazları deniz suyunda çözündüğünde oluşan kabarcık sayısını azaltmak için gazların ve suyun karıştırıldığı bir emici kullanılır. Bu durumda egzoz gazları özel bir ısı eşanjöründe 800 ila 25 °C arasında önceden soğutulur. Yanma odasındaki çalışma basıncı, egzoz gazlarının denizaltının farklı daldırma derinliklerinde, çalışma derinliğine kadar çıkarılmasına olanak tanır ve bu amaçlar için artan gürültüye sahip özel bir kompresörün kullanılmasını gerektirmez.

Harici ısı tedariki sürecine kaçınılmaz olarak ek ısı kayıpları eşlik ettiğinden, dizel motorun verimliliği dizel motorunkinden daha azdır. Artan korozyon, dizel motorlarda geleneksel dizel yakıtın kullanılmasına izin vermez. Düşük kükürt içerikli yakıt gereklidir.

İsveç programı için United Sterling'den DS tipi V4-275 kabul edildi. Dört silindirli bir motordur (her silindirin çalışma hacmi 275 cm3'tür). Silindirler gürültüyü ve titreşimi azaltmak için V şeklinde düzenlenmiştir. Motorun yanma odasındaki çalışma basıncı 2 MPa olup, 200 m'ye kadar denizaltı daldırma derinliklerinde kullanılmasını sağlar.Motoru büyük derinliklerde çalıştırmak için, egzoz gazı sıkıştırması gerekir, bu da ek güç tüketimi gerektirir. egzoz gazları ve gürültü seviyesinin artmasına yol açacaktır.

DS'yi temel alan ilk enerji santrali, 1988'deki modernizasyondan sonra denize indirilen Näkken sınıfı bir denizaltıyla donatıldı. Stirling motoru, dizel yakıt depolama tankları, sıvı oksijen ve yardımcı ekipmanlar, denizaltının dayanıklı gövdesine gömülü, sıfır kaldırma kuvvetine sahip ek bir bölüme yerleştirildi. Buna bağlı olarak teknenin boyu yüzde 10 arttı ve bu da manevra kabiliyetindeki değişimi biraz etkiledi.

İki DS tipi V4-275R, her biri 75 kW gücünde DC jeneratörlerle çalışır. Motorlar, iki aşamalı şok emilimine sahip titreşim yalıtımlı yapılar üzerindeki ses yalıtım modüllerine yerleştirilmiştir. Testlerin gösterdiği gibi DS, denizaltının yerleşik sistemlerine güç sağlamak, bataryanın yeniden şarj edilmesini sağlamak ve tekneyi 4 knot'a kadar hızlarda hareket ettirmek için gerekli olan yeterli miktarda elektriği üretme kapasitesine sahip. Daha yüksek hızlara ulaşmak ve ana pervaneli elektrik motoruna güç sağlamak için motorun aküyle birlikte kullanılması planlanıyor.

Kombine elektrik santralinin kullanılması sayesinde, su altında seyir süresi 3-5 günden 14 güne, devriye hızı ise 3 deniz milinden 6 deniz miline çıktı. Sonuç olarak denizaltının gizliliği arttı.

İsveçli uzmanlara göre Stirling motoru, gemi koşullarında yüksek güvenilirlik ve bakım kolaylığı gösterdi. Gürültü emisyonu, tahrikli bir elektrik motorunun gürültüsünü aşmaz ve eşdeğer bir dizel motordan 20-25 dB daha düşüktür.

İsveç Donanması, Gotland sınıfı denizaltıyı bu yardımcı VNEU ile donatıyor. Bu türden üç denizaltının inşasına ilişkin sözleşme, ülke hükümeti tarafından Mart 1990'da Kokums şirketi ile imzalandı. Bu serinin ilk denizaltısı - "Gotland" - 1996 yılında hizmete girdi, sonraki ikisi: "Apland" ve "Halland" - 1997'de. Modernizasyon sırasında Västergotland sınıfı denizaltıların bu tip yardımcı enerji santralleriyle donatılması planlanıyor.

Yabancı kaynaklara göre, DS'li enerji santralleriyle donatılmış İsveç denizaltıları pratikte zaten iyi sonuçlar verdi. Özellikle tatbikatlar sırasında Halland denizaltısının, geleneksel dizel-elektrik santraline sahip İspanyol Donanması denizaltısına üstünlüğü kanıtlandı ve ABD ve Fransız Donanması nükleer denizaltılarıyla ortak bir yolculuk sırasında gelişmiş performans özellikleri gösterildi.

EKG'li enerji santrali. Elektrokimyasal jeneratör, yakıtın kimyasal enerjisinin doğrudan elektrik enerjisine dönüştürüldüğü bir cihazdır. EKG'nin temeli, yakıt ve oksitleyicinin etkileşimi sırasında elektrik üretme sürecinin FC'ye sürekli ve ayrı olarak sağlandığı yakıt hücreleridir (FC). Prensip olarak yakıt hücresi bir tür galvanik hücredir. İkincisinin aksine, aktif bileşenler (yakıt ve oksitleyici) sürekli olarak sağlandığı için yakıt hücreleri tüketilmez.

Araştırma sırasında çeşitli yakıt türleri ve oksitleyiciler test edildi. En iyi sonuçlar, elektrik enerjisinin ve suyun üretildiği etkileşimin bir sonucu olarak oksijen ve hidrojen arasındaki reaksiyon kullanılarak elde edildi.

Hidrojen ve oksijenin soğuk yanması yoluyla doğru akım üretimi uzun zamandır bilinmektedir ve su altı araçlarında elektrik üretmek için başarıyla kullanılmaktadır. Bu elektrik üretme prensibi yalnızca 1980'lerde denizaltılarda kullanıldı. PA'da oksijen ve hidrojen, yüksek basınç altında dayanıklı tanklarda ayrı ayrı depolanıyordu. Elektrokimyasal jeneratörler pillerden daha verimli olmasına rağmen, gaz halinde depolanan yakıt reaktiflerinin gerekli tüplü dalış süresine izin vermemesi nedeniyle denizaltılarda kullanımları karmaşıktı.

Oksijeni depolamanın en uygun yolu sıvı haldedir (kriyojenik formda - 180 ° C sıcaklıkta), hidrojen - metal hidrit formundadır.

1980'lerin ortalarında, IKL (Ingenieurkontor Lubeck), HDW (Howaldtswerke Deutsche Werft AG) ve FS (Ferrostaal) şirketlerini de içeren Alman konsorsiyumu GSC (Alman Denizaltı Konsorsiyumu), yakıt hücreleriyle deneysel bir kara EKG kurulumu geliştirdi ve yarattı. Siemens. bileşenlerinin (yakıt hücreleri, hidrojen ve oksijen depolama sistemleri, boru hatları, kontrol sistemleri) ortak çalışmasının yanı sıra işin geleneksel bir enerji santraliyle etkileşimini kontrol edecek

PL. EKG prototipi yapısal olarak, testlerin tamamlanmasının ardından çalışan bir denizaltıya değişiklik yapılmadan kurulabilecek şekilde tasarlandı. Kıyı testlerinin sonuçları, EKG'li santralin denizaltılarda etkin bir şekilde kullanılabileceğini gösterdi.

1989 yılında, Alman Donanması'nın çıkarları doğrultusunda, HDW tersanesinde EKG'li yardımcı bir VNEU ile donatılmış Proje 205'in U-1 denizaltısının dokuz aylık deniz denemeleri başarıyla tamamlandı. Sonuç olarak, bu tür uçakların yönetimi, denizaltıların yalnızca dizel elektrik santralleriyle daha fazla inşa edilmesini bıraktı ve “hibrit” olanları (EKG'li ana ve yardımcı enerji santralleri olarak DEPP) kullanmaya karar verdi. Daha fazla araştırma, EKG'nin ana olduğu bu tür kurulumların geliştirilmesini amaçlamaktadır.

Yapısal olarak ECH'ler polimer membranlı (PEM) elektrokimyasal modüllerdir. Tüm modüller tek bir çerçeveye monte edilir ve seri veya paralel olarak bağlanabilir.

EKG'li bir enerji santralindeki yardımcılar, deniz suyu kullanan bir soğutma sistemi ve artık gaz sistemidir. İkincisi, akü havalandırma sisteminde kalan hidrojenin sonradan yakılmasını ve kalan oksijenin gemideki ihtiyaçlar için kullanılmasını sağlar. Santral kontrol sistemi, monitörleri merkezi kontrol odasında bulunan güvenlik kontrol sistemi ile entegredir.

Yakıt hücrelerinde enerji dönüşümü sessizce gerçekleşir. Santralde dönme veya salınım hareketleri gerçekleştiren herhangi bir ünite bulunmamaktadır. Düşük ısı üretimine sahiptir ve bunun sonucunda fiziksel alanların oluşumu üzerinde önemli bir etkisi yoktur. Dönen parçalara sahip tek yardımcı sistem soğutma sistemidir ancak denizaltının akustik alanının seviyesini büyük ölçüde etkileyecek kadar gürültülü değildir.

Yakıt hücrelerindeki reaksiyonların ilk aktivasyonu çok fazla elektrik gerektirmez, böylece çift taraflı alanda bulunan silindirlerde depolanan metal hidrit, düşük karbonlu malzemeden yapılmış darbeye dayanıklı kriyojenik tanklarda sıvı halde depolanan hidrojen ve oksijeni serbest bırakmaya başlar. -manyetik çelik buharlaşmaya başlar.

Bu tip enerji santrali oldukça verimlidir, yüzde 70'e kadar yüksek verime sahiptir ve bu göstergede diğer havadan bağımsız enerji santrallerini önemli ölçüde aşmaktadır. Farklı VNEU tiplerinin verimliliğinin göreceli çıkış gücü seviyesine bağımlılığına ilişkin karşılaştırmalı veriler grafikte gösterilmektedir. Enerji dönüşüm süreci düşük çalışma sıcaklıklarında (60-90 °C) gerçekleşir. Başlangıçta başlatılan elektrokimyasal işlemi sürdürmek için, çalışma sırasında sistem tarafından az miktarda ısı üretilmesi gerekir. EC tarafından üretilen ısının bir kısmı, ısıtma gibi evsel amaçlar için kullanılabilir. Tesisattan uzaklaştırılması gereken ısı miktarı azdır, bu nedenle santralin deniz suyuyla zorla soğutulması uzun bir süre gerektirmez (çalıştığı günden bir güne kadar). Reaksiyon sonucu üretilen su, uygun arıtımdan sonra içme amacıyla kullanılabilir.

Seri olarak bağlanan kompakt yakıt elemanlarının kombinasyonu, gerekli voltajı elde etmenizi sağlar. Yakıt hücresi ünitelerinde plaka sayısı değiştirilerek voltaj regülasyonu sağlanır. En büyük güce bu elemanların seri bağlanmasıyla ulaşılabilir.

EKG ünitesinin çalışması denizaltının batma derinliğine bağlı değildir. Böyle bir enerji santralinin ürettiği elektrik doğrudan teknenin ana dağıtım panosuna gidiyor. yüzde 65 yüzde 30'u hareket ve gemi ihtiyaçlarına harcanıyor. - Enerji santralinin soğutma sistemi ve artık gaz sistemi için yüzde 5. - santralin ek ekipmanı için. Yardımcı enerji santrali hem aküye paralel olarak çalışarak denizaltının elektrikli tahrikini ve diğer tüketicilere güç beslemesini sağlayabilir hem de aküyü şarj edebilir.

Sırasıyla Alman ve İtalyan donanmaları için inşa edilen dört ve iki adet tip 212A denizaltının, Yunanistan ve Kore Cumhuriyeti için 214 tipi teknenin ihraç versiyonunun yanı sıra, sırasıyla Alman ve İtalyan donanmaları için inşa edilen ECG'li bir yardımcı enerji santrali ile donatılması planlanıyor. donanmalar.

Alman Donanması için 212A tipi teknelerin ilk alt serisinden iki denizaltı, her biri 34 kW'lık dokuz yakıt hücresine sahip yaklaşık 300 kW nominal güce sahip bir EKG'ye sahip bir yardımcı enerji santrali ile donatılmıştır. İkinci alt serinin teknelerinin iki adet 120 kW yakıt hücresi ile donatılması planlanıyor. 34 kW'lık yakıt hücreleriyle hemen hemen aynı ağırlık ve boyut özelliklerine sahip olacaklar ancak aynı zamanda verimleri de 4 kat artacak. Tip 212A denizaltısı yaklaşık iki hafta su altında kalabilecek. Bu kurulumun nominal gücü, pil kullanmadan 8 knot'a kadar hıza ulaşmanızı sağlayacaktır.

Yakıt hücrelerine dayalı enerji santrallerinin modüler tasarımı, yalnızca yapım aşamasında olan denizaltılara kurulumunu kolaylaştırmakla kalmıyor, aynı zamanda Alman denizaltılarını ithal eden ülkelerin tersanelerinde lisans altında inşa edilmiş olsalar bile, daha önce inşa edilmiş olanlarla donatılmalarına da olanak tanıyor.

Ek olarak, Alman uzmanlara göre böyle bir enerji santrali, yüksek bakım kolaylığı ve daha uzun hizmet ömrü ile karakterize ediliyor.

Kapalı çevrim buhar türbini ünitesi (STU). Kapalı Rankine döngüsünde çalışan PTU MESMA (Module d'Energie Sous-Marin Autonome), Fransız Donanması DCN'nin gemi inşa departmanı tarafından ihracat satışı için geliştirildi. Fransız Tecnicatom, Thermodyne, Air Liquid ve diğerleri bu alanda yer alıyor. üretimi Bertin ve Empresa Nacional Bazan tersanesi (İspanya).

MESMA iki devreli bir kurulumdur. Birinci devrede etanolün oksijende yanması sonucu buhar jeneratörü yolundan geçen ve ikinci devrede dolaşan suya ısı veren bir soğutucu (buhar gazı) oluşur. Su, bir jeneratöre bağlı buhar türbinini döndüren yüksek basınçlı buhara dönüştürülür. Oksijen, denizaltında özel kaplarda sıvı halde depolanır. Yanma reaksiyonu ürünleri, denize boşaltılan su ve egzoz gazlarıdır. Bu, denizaltıların görünürlüğünün artmasına neden olabilir.

Yanma odasındaki yanma 6 MPa'lık bir basınç altında meydana gelir, bunun sonucunda kurulum 600 m'ye kadar derinliklerde çalışabilir, dolayısıyla yanma ürünlerini denize çıkarmak için bir kompresör kullanılmasına gerek yoktur.

MESMA buhar türbinli bir enerji santralinin verimliliği yüzde 20'dir; bu, yakıtın yanması, aşırı ısıtılmış buhar üretimi, üç fazlı akımın üretilmesi ve ardından bunun doğru akıma dönüştürülmesi gibi çoklu enerji dönüşümü sırasındaki büyük kayıplardan kaynaklanmaktadır.

Bir bütün olarak tüm kurulum oldukça kompakttır ve 10 m uzunluğunda ve 7,8 m genişliğinde dayanıklı bir muhafazanın bir bölümüne monte edilmiştir.Oksijen, dayanıklı denizaltı muhafazasının içindeki özel şok emici montaj parçalarına monte edilmiş silindirlerde sıvılaştırılmış halde depolanır. dikey pozisyon.

Eylül 1998'de MESMA enerji santralinin prototipinin tezgah testleri tamamlandı. Nisan 2000'de, basınçlı gövde bölümünde bulunan ilk gemi enerji santrali Cherbourg'daki tersanede üretildi. Kabul testlerinin tamamlanmasının ardından, santralin bulunduğu modül, Fransız lisansı altında inşa edilen Agosta 90B tipi Ghazi denizaltısını donatmak üzere Pakistan'a gönderilecekti. Bu, inşaat sırasında havadan bağımsız yardımcı bir enerji santralinin kurulacağı bu tipteki ilk denizaltıdır. Daha önce inşa edilen diğer iki denizaltının daha sonra modernizasyon ve onarım sürecinde donatılması planlanıyor.

Nükleer olmayan denizaltılarda havadan bağımsız yardımcı enerji santrallerinin kullanılması, su altı navigasyon süresi açısından performans özelliklerinin iyileştirilmesini mümkün kıldı, bu da teknelerin gizliliğini artırdı ve savaş yeteneklerini genişletti. Yapım aşamasında olan denizaltılara ek olarak, yardımcı VNEU'lar modernizasyon sürecinde mevcut dizel denizaltılarla donatılabilecek. Teknolojilerin daha da geliştirilmesi ve bu temelde VNEU'nun niteliksel olarak yeni özelliklerinin elde edilmesi, büyük olasılıkla nükleer olmayan denizaltıların, nükleer denizaltıların doğasında bulunan sorunları çözmesine izin verecektir.

Yorum yapabilmek için siteye kayıt olmanız gerekmektedir.

yani, içten yanmalı bir motordan farklı olarak, çalışma sıvısının aynı anda silindir içindeki yakıtı yaktığı bir içten yanmalı motor, Stirling'de yakıt dışarıda yanar, silindir içindeki çalışma sıvısını (havayı) ısıtır ve ardından her zamanki gibi, krank vb.

bu yazıda asıl konumlandırılan özelliği, anaerobikliği görmedim, yani tıpkı içten yanmalı bir motorun yanma için oksijene ihtiyaç duyması gibi, karıştırmada da aynı yanma işlemi kullanılıyor, yani oksijene hala ihtiyaç var
yanma basitçe içeriden dışarıya aktarılır ve hepsi bu. Stirling ayrıca içten yanmalı bir motorda olduğu gibi darbeli, patlayıcı bir şekilde değil, sürekli yanıyor, dolayısıyla gürültüsüz, bu da bir denizaltı için kullanışlıdır. Ama tüm avantajları bu

Yanma yerine başka ekzotermik kimyasal reaksiyonların kullanılacağını düşündüm, örneğin oksijen yerine suyun katılımıyla ki bu mantıklı, karada etrafta çok fazla oksijen var, suyun altında kendi suyu var.
Bilmiyorum, silindirin içine veya dışına dökün, en azından sönmemiş kireci ve üzerine su dökün, üretilen ısıyı dönüşe dönüştürün
Neden anaerobik bir motor ilan edip hala oksijen kullanasınız ki?

ayrıca, eğer bu fikri geliştirirsek - proje ana tahrik motoru olarak bir elektrik motoru kullanıyor ve karıştırmaya yalnızca pilleri yeniden şarj etmek için ihtiyaç duyulacak, bu nedenle kimyasal reaksiyonlar yoluyla doğrudan EMF üretme araçlarına odaklanmak daha kolay olmaz mıydı? mekanik olmadan mı?
Bu bana yazın elektriksiz bir kulübede, düşük voltajlı LED'li enerji tasarruflu ampulleri bağladığım bir araba aküsüne 220 invertörü nasıl bağladığımı hatırlattı. Sonra voltajı önce 12'den 220'ye çıkarmanın aptalca olduğunu anladım, sonra ampulde tekrar azaldı, ev yapımı bir 12V LED yaptım ve pil üç kat daha uzun dayanmaya başladı..

Sovyet döneminde, Podolsk'ta kuru şarjlı piller yapıldı ve plakaları kurşun pilin şarj durumuna karşılık gelen bir bileşimle preslendi. Böyle bir pil depoda çok uzun süre saklanabilir ve şarj edilebilir, ardından alıcı elektroliti içine döküp hemen araca koyar. Örneğin, hareket sırasında tüketilen ve yenileriyle değiştirilen elektrolitli kuru plakaların bir denizaltıya yüklenmesi ve daha sonra yakıt gibi yeni malzemelerin rıhtımda yüklenmesi ve kullanılmış olanın fabrikada boşaltılıp yeniden üretilmesi. yeni bir kuru şarjlı. Tüm. Buharlı lokomotifin verimliliğiyle çift dönüşüm yok, oksijen yok, gerçek anlamda anaerobik devre var.

Kurşun asitli aküyle bu sadece bir düşüncedir, çok daha mükemmel bir süreç elde edebilirsiniz, örneğin lityumda, bu eksi ağırlık ve eksi tehlikeli asit