Mga modernong problema ng agham at edukasyon. Mga tampok ng Russian anaerobic plant Anaerobic power plant na may Stirling engine

Project 677 "Lada" - diesel-electric submarine ng uri ng "St. Petersburg" / Larawan: upload.wikimedia.org

Ang isang prototype ng isang air-independent power plant (VNEU) para sa Russian non-nuclear submarines ay nilikha at tumatakbo na, sinabi ni Igor Vilnit, pangkalahatang direktor ng Rubin Central Design Bureau, sa mga mamamahayag noong Biyernes.

Ang Commander-in-Chief ng Russian Navy, Admiral Viktor Chirkov, ay nagsabi sa mga reporter noong Agosto na simula sa 2017, magsisimula ang Russia sa pagbuo ng isang bagong henerasyon ng mga non-nuclear submarine na may anaerobic plant.

Ang pangunahing bentahe ng VNEU ay ang tumaas na stealth ng submarino. Ang submarino ay nakakakuha ng pagkakataon na nasa ilalim ng tubig nang hindi lumalabas upang singilin ang mga baterya. Ito ay pinlano na sa 2015 ang unang VNEU ay mai-install sa Project 677 Lada submarine, ulat ng RIA Novosti.

Teknikal na impormasyon

Anaerobic power plant batay sa Stirling engine

Ang kasalukuyang mga uso sa pag-unlad ng submarine fleet ay nagpapahiwatig ng pangangailangan na magbigay ng mga non-nuclear submarines (NSS) na may air-independent (anaerobic) na auxiliary power plant.

Ang pinaka-promising na direksyon sa larangan ng paglikha ng anaerobic power plant ay ang paggamit ng mga Stirling engine sa kanila. Tahimik na operasyon, mataas na kahusayan. (hanggang sa 40%), versatility at makabuluhang buhay ng makina ng mga modernong Stirling engine (mga 60 libong oras), pinapayagan kaming irekomenda ito bilang isang unibersal na makina para sa lahat ng uri ng mga submarine na hindi submarino - maliit, katamtaman at malaking pag-aalis, pati na rin tulad ng para sa karamihan ng mga uri ng mga sasakyan sa ilalim ng dagat, ang paggamit nito ay posible sa mga interes ng geological exploration, pag-unlad ng continental shelf, pagsubaybay sa kapaligiran, pagpuksa ng mga kahihinatnan ng mga aksidente sa dagat, atbp.

Mga kasalukuyang uri ng anaerobic na halaman para sa mga submarino

Ang innovation at research center na "Stirling Technologies" ay ang tanging kumpanya sa Russia na ang mga espesyalista ay may maraming mga taon ng karanasan sa pagdidisenyo ng mga anaerobic na halaman na may mga Stirling engine para sa mga espesyal na bagay ng iba't ibang functional na layunin: mga bagay sa espasyo, mga teknikal na paraan sa ilalim ng dagat, atbp. Ang mga teknikal na solusyon ay protektado sa pamamagitan ng higit sa 40 patent ng Russian Federation.

Ang mga espesyalista ng kumpanya ay bumuo ng isang anaerobic power plant para sa isang promising submarine ng ika-21 siglo batay sa Stirling engine at liquefied natural gas bilang gasolina.

Isang promising non-nuclear submarine na may anaerobic na planta batay sa isang Stirling engine at cryogenic fuel components (liquid methane, liquid oxygen)

Ang mga anaerobic power plant batay sa mga makina ng Stirling, na nilikha ng mga espesyalista mula sa IRC Stirling Technologies LLC, ay protektado ng mga patent ng Russian Federation. Ang IIC Stirling Technologies LLC ay nagmamay-ari ng mga eksklusibong karapatan na gamitin ang mga teknikal na solusyong ito sa teritoryo ng Russian Federation.

Hindi makilala sa kailaliman ng dagat, halos tahimik at, higit sa lahat, ganap na nagsasarili. Ganito talaga ang magiging non-nuclear submarine na Lada. Ang kakayahang ito ay ibibigay sa bangka ng pinakabagong anaerobic - air-independent power plant (VNEU). Ililigtas nito ang barko mula sa pangangailangang patuloy na lumutang sa ibabaw upang muling magkarga ng mga baterya at lagyang muli ang suplay ng hangin na kailangan para magpatakbo ng mga generator ng diesel sa ilalim ng tubig. Salamat sa mga bagong unit, ang Lada ay maaaring manatiling nakalubog hanggang sa ilang linggo nang hindi ibinibigay ang presensya nito.
Ang mga non-nuclear submarine ay itinutulak ng mga motor gamit ang kuryenteng nakaimbak sa mga baterya. Gayunpaman, ang mga baterya ay hindi nagtatagal. Ang paggalaw sa isang combat patrol zone sa bilis na 2-4 knots sa isang nakalubog na posisyon ay maaaring tumagal ng maximum na apat na araw; Sa kasong ito, ang mga baterya ay na-discharge ng 80%. At tumatagal ng dalawang araw para ma-recharge ang mga ito. Kapag nagmamaneho sa pinakamataas na bilis, ang mga baterya ay karaniwang nadidischarge sa loob ng ilang oras. Pagkatapos nito, kailangan nilang ma-recharge gamit ang isang diesel engine, na nangangailangan ng hangin upang gumana. Iyon ay, ang bangka ay kinakailangang lumutang sa ibabaw upang muling magkarga ng mga baterya, at sa gayon ay ganap na maalis ang takip nito.
Ito ang dahilan kung bakit mas maraming tripulante ng bangka ang namatay noong Ikalawang Digmaang Pandaigdig kaysa sa nawasak ng mga depth charge o minahan habang nasa ilalim ng tubig. Ang mga bangkang lumutang ay naging madaling target ng mga sasakyang panghimpapawid ng kaaway na nagpapatrolya sa dagat. At madalas, nakatakas mula sa isang airstrike, ang mga tripulante ay gumawa ng isang emergency na pagsisid nang hindi man lang nagkaroon ng oras upang isara ang hatch ng conning shaft.
Ang anaerobic o air-independent na makina ay isang makina na hindi nangangailangan ng hangin sa atmospera upang gumana. Ang barko ay maaaring hindi palaging lumulutang sa ibabaw upang mag-recharge, na nangangahulugang ito ay mananatiling hindi napapansin ng kaaway.
Ang mga Aleman ay itinuturing na mga pioneer sa pandaigdigang pag-unlad ng VNEU kasama ang submarino ng Project U-212/214. Noong 2014, ang kumpanya ng pagtatanggol sa France na DCNS ay nag-ulat ng tagumpay sa paglikha ng mga katulad na sistema. Ang pag-install na nilikha niya ay inilaan para sa mga submarino ng klase ng Scorpene. Ang isa pang proyekto ng DCNS, isang mas malaking submarino na kilala bilang SMX Ocean at Shortfin Barracuda, ay pinili ng Royal Australian Navy para sa programa nito. Gayunpaman, ang Swedish boat na HSwMS Gotland ay itinuturing na pinakamatagumpay at mapanganib. Ang barkong ito ay naging isang tunay na alamat. At hindi ang Swedish, ngunit ang American fleet.
Ang barko ay itinayo mula sa mababang-magnetic na bakal. Sa board mayroong 27 compensating electromagnets, na ganap na hindi kasama ang pagtuklas ng barko sa pamamagitan ng magnetic anomaly detector. Salamat sa all-mode electric motor at vibration protection ng mga mekanismo, ang Gotland ay halos hindi makilala ng mga tagahanap kahit na nasa malapit na lugar ng mga barkong Amerikano. Naghahalo ang bangka sa natural na thermal at ingay na background ng karagatan. Ngunit ang pinakamahalagang bagay ay, na armado ng 18 torpedo, maaaring hindi ito lumutang hanggang 20 araw.
Ang pinaka-advanced na Russian non-nuclear submarines ng Project 636.3 "Varshavyanka" ay tinawag na "black hole" para sa kanilang mababang ingay at stealth. Ngayon sila ay armado ng mga pinaka-advanced na torpedoes at Caliber cruise missiles. Ang dating ay may kakayahang magpalubog ng anumang barko o kahit isang sasakyang panghimpapawid. Ang pangalawa ay upang sirain ang isang target sa baybayin sa hanay na hanggang 2.5 libong kilometro. Ngunit, tulad ng mga barko ng Ikalawang Digmaang Pandaigdig, ang Varshavyanka ay napipilitang lumilitaw nang madalas upang muling magkarga ng mga baterya nito, na nangangahulugan na sa isang pangmatagalang paghaharap ang mga tripulante ng naturang barko ay palaging magiging mahina.

Pinapalitan ng pinakabagong mga submarino ng Lada ang Varshavyanka. Ngayon, ang unang submarino ng proyektong ito, ang St. Petersburg, ay nakabantay na sa labanan sa Navy. Ang pangalawa, ang Kronstadt, ay ihahatid sa fleet sa 2018. Ang ikatlo ay ang "Velikiye Luki" na nasa mga slipway pa rin ng shipyard. Ipinapalagay na ang bangkang kasunod nito ay ilulunsad gamit ang isang domestic anaerobic power plant. Sa mga tuntunin ng mga katangian nito, malaki ang pagkakaiba nito sa mga nasa barkong Kanluranin. Ngayon, dalawang disenyo ng bureaus na tradisyonal na kasangkot sa disenyo ng mga submarino ay nagtatrabaho dito: ang St. Petersburg Marine Engineering Bureau "Malachite" at ang Central Design Bureau ng Marine Engineering "Rubin".
Ang mga detalye ng proyekto ay nasa ilalim pa rin. Ito ay kilala na ang pag-unlad ng Russia ay batay sa steam reform na may isang electrochemical generator batay sa mga elemento ng solid-state. Ang disenyong pang-industriya nito ay nalikha na. Kabilang sa mga pangunahing teknolohiya, ipinapatupad nito ang produksyon ng hydrogen mula sa diesel fuel, ang paglikha ng isang electrochemical generator na kumukuha ng electric current mula sa hydrogen, at ang pag-alis ng basura mula sa unang cycle. Iyon ay, ang nakuha sa panahon ng reaksyon ng CO2. Ito ay pangunahing nakikilala ang sistema ng Russia mula sa mga dayuhang analogue nito, dahil hindi na kailangang magdala ng supply ng hydrogen sakay. Ito ay nakuha nang direkta sa pag-install sa pamamagitan ng reporma sa diesel fuel Propesor sa Academy of Military Sciences Vadim Kozyulin sinabi na ang paglitaw ng air-independiyenteng mga barko ay sineseryoso taasan ang mga potensyal na labanan ng diesel-electric submarines. Ang pangunahing lugar ng kanilang aplikasyon ay mga panloob na dagat na may mababaw na lalim. Ito ay ang Baltic, Black, Caspian o South China.

iyon ay, hindi tulad ng isang panloob na combustion engine, isang panloob na combustion engine, kung saan ang gumaganang likido ay sabay-sabay na nasusunog na gasolina sa loob ng silindro, sa Stirling ang gasolina ay nasusunog sa labas, pinapainit ang gumaganang likido (hangin) sa loob ng silindro, at pagkatapos, gaya ng dati, ang pihitan, atbp.

Sa artikulong ito, hindi ko nakita ang pangunahing nakaposisyon na tampok, anaerobicity, iyon ay, tulad ng isang panloob na combustion engine ay nangangailangan ng oxygen para sa combustion, gayundin ang stirling ay gumagamit ng parehong proseso ng pagkasunog, iyon ay, kailangan pa rin ng oxygen.
ang pagkasunog ay inililipat lamang mula sa loob patungo sa labas at iyon lang. Buweno, ang Stirling ay patuloy din na nasusunog, at hindi sa isang pulsed, paputok na paraan, tulad ng sa isang panloob na combustion engine, kaya ang pagiging walang ingay nito, na kapaki-pakinabang para sa isang submarino. Ngunit iyon ang lahat ng mga pakinabang

Naisip ko na sa halip na pagkasunog, ang ilang iba pang mga reaksiyong kemikal na exothermic ay gagamitin, halimbawa, sa pakikilahok ng tubig sa halip na oxygen, na lohikal, sa lupa ay maraming oxygen sa paligid, sa ilalim ng tubig ay may sariling tubig.
Hindi ko alam, ibuhos ito sa silindro o sa labas nito, mabuti, hindi bababa sa quicklime, at buhusan ito ng tubig, i-convert ang nabuong init sa pag-ikot
bakit nagdedeklara ng anaerobic engine at gumagamit pa ng oxygen?

higit pa, kung bubuo tayo ng ideya - ang proyekto ay gumagamit ng isang de-koryenteng motor bilang pangunahing propulsion motor, at ang stirling ay kakailanganin lamang upang ma-recharge ang mga baterya, kaya hindi ba mas madaling tumuon sa mga paraan ng direktang paggawa ng EMF sa pamamagitan ng mga kemikal na reaksyon walang mechanics?
Ipinaalala nito sa akin kung paano sa tag-araw, sa dacha na walang kuryente, ikinonekta ko ang isang 220 inverter sa isang baterya ng kotse, kung saan ikinonekta ko ang mga bombilya na nakakatipid ng enerhiya na may mga mababang boltahe na LED. Pagkatapos ay napagtanto ko na ito ay katangahan na unang taasan ang boltahe mula 12 hanggang 220, at pagkatapos ay bumababa muli sa bombilya, gumawa ako ng isang gawang bahay na 12V LED at ang baterya ay nagsimulang tumagal ng tatlong beses na mas mahaba..

Noong panahon ng Sobyet, ang mga dry-charged na baterya ay ginawa sa Podolsk, ang mga plato nito ay pinindot na may komposisyon na tumutugma sa sisingilin na estado ng isang lead na baterya. Ang nasabing baterya ay maaaring maimbak sa isang bodega nang napakatagal at masingil, pagkatapos ay ibuhos ng bumibili ang electrolyte dito at agad na ilagay ito sa kotse. Halimbawa, i-load ang mga tuyong plato na may electrolyte sa isang submarino, na kung saan ay natupok sa panahon ng paggalaw at pinapalitan ng mga bago, at pagkatapos ay ang bagong materyal, tulad ng gasolina, ay ikinarga sa pantalan, at ang ginamit ay ibinababa at muling nabuo sa pabrika sa isang bagong dry-charged. Lahat. Walang dobleng conversion na may kahusayan ng isang steam locomotive, walang oxygen, tunay na anaerobic circuit.

Buweno, gamit ang isang lead-acid na baterya, ito ay isang pag-iisip lamang sa tuktok ng aking ulo, maaari kang makabuo ng isang mas perpektong proseso, halimbawa gamit ang lithium, ito ay minus ang timbang at minus ang mapanganib na acid

1

Ang artikulo ay naglalahad ng mga opsyon para sa nilikha at binuo na air-independent power plant (airindependentpower /AIP) ng mga submarino. Ang tinatayang mga hangganan ng paggamit at mga halimbawa ng pagpapatupad ng mga air-independent power plant ng mga submarino batay sa mga thermal engine (internal combustion engine, engine na may panlabas na supply ng init, steam turbine at gas turbine power plant), direktang conversion ng kemikal na enerhiya ng gasolina sa Ang mga de-koryenteng enerhiya (Polymer Electrolyte (o Proton Exchange Membrane)) ay ipinapakita. Ang mga halimbawa ng pagpapatupad ng iba't ibang mga teknolohiya sa paggawa ng mga barko sa ilalim ng dagat at mga kumpanyang nagsasagawa ng gawaing pananaliksik upang lumikha ng mga teknolohiyang ito ay ipinahiwatig. Ang mga pangunahing tampok ng pagpapatakbo ng mga power plant, ang kanilang mga pakinabang at disadvantages ay ibinibigay.

mga uri ng gasolina

planta ng kuryente

submarino

air-independent power plant (VNEU)

1. Vasiliev V.A., Chernyshov E.A., Romanov I.D., Romanova E.A., Romanov A.D. Kasaysayan ng pag-unlad ng mga submarino na may mga air-independent power plant sa Russia at USSR // Proceedings of NSTU im. R.E. Alekseeva. – 2012. – Bilang 4. – P. 192-202.

2. Genkin A.L. at iba pa. 2010. – Hindi. 2. – P. 36-38.

3. Dyadik A.N., Zamukov V.V., Dyadik V.A. Shipborne air-independent power plants. – St. Petersburg: Paggawa ng Barko, 2006. – 424 p.

4. Zamukov V.V., Sidorenko D.V. Pagpili ng isang air-independent na planta ng kuryente para sa mga submarino na hindi nukleyar // Paggawa ng mga barko. – 2012. – Bilang 4. – P. 29-33.

5. Zamukov V.V., Sidorenko D.V., Petrov S.A. Estado at mga prospect para sa pagbuo ng mga air-independent power plant para sa mga submarino // Paggawa ng barko. – 2007. – Bilang 5. – P. 39-42.

6. Zakharov I.G. Pagsusuri ng konsepto sa paggawa ng barko sa dagat. – St. Petersburg: Paggawa ng Barko, 2001. – 264 p.

7. Nikiforov B.V. at iba pa. – 2010. – Bilang 2. – P. 25-28.

8. Chernyshov E.A., Romanov A.D. Highly metallized na gasolina batay sa aluminyo at ang aplikasyon nito // Mga teknikal na agham - mula sa teorya hanggang sa pagsasanay. – 2013. – Hindi. 24. – P. 69-73.

9. Yastrebov V.S. Mga sistema at elemento ng deep-sea equipment para sa underwater research. –L.: Paggawa ng barko.

10. Dr Carlo Kopp. Air Independent Propulsion – kailangan na ngayon // Defense Today. – 12/2010.

Ang power plant ng isang non-nuclear submarine (submarine) ay isang mabigat na istraktura, hanggang sa 30% ng masa, at isang volumetric na istraktura, hanggang sa 50% ng displacement. Gayunpaman, ang klasikong pag-install ng diesel-electric ay hindi gumagana nang mahusay sa nakalubog na posisyon, ang pag-install ng diesel at ang reserbang gasolina ng hydrocarbon ay hindi ginagamit sa posisyon sa ibabaw, kung ang buong electric propulsion mode ay hindi ipinatupad, ang mga baterya ay nagiging "hindi kailangan ”. Samakatuwid, mula noong unang hitsura ng mga submarino, ang iba't ibang uri ng mga thermal "solong makina" ay iminungkahi, sila ay binuo sa mga sumusunod na direksyon:

• Ang akumulasyon ng init (sodium acetate, likidong metal).
• Closed at open cycle steam turbine plants: combustion of metals o hydrocarbon fuels gamit ang hydrogen peroxide bilang oxidizer (Walter cycle).
• Internal combustion engine: open cycle (“Y”, “Postal”, ED-VVD, Kreislauf), closed cycle (paggamit ng hydrogen at oxygen, REDO, ED-IVR, ED-KhPI), gamit ang hydrogen peroxide bilang oxidizer (X -1, PVC), gamit ang solidong pinagmumulan ng oxygen (sodium superoxide).

Sa Fig. 1 at 2 Ang tinatayang mga limitasyon ng applicability ng mga power plant at mga halimbawa ng pagpapatupad ay ibinigay, na nagpapahiwatig ng disenyo ng submarino.

kanin. 1. Saklaw ng paggamit ng iba't ibang power plant sa mga submarino

* - submarino na walang naka-install na armas.

** - pang-eksperimentong laboratoryo sa ilalim ng tubig.

kanin. 2. Mga diagram ng kapangyarihan at oras ng pagpapatakbo ng iba't ibang kasalukuyang pinagmumulan

Ang * ay nagmamarka sa hanay na isinasaalang-alang nang hiwalay.

Mula sa Fig. Ipinapakita ng 1 na sa katunayan ang pinakamalaking submarino na may mga baterya ay mas malaki kaysa sa mga submarino na nilagyan ng nuclear power plant. Gayunpaman, hindi nito pinipigilan ang pagbuo ng mga submarino kasama ang iba pang mga uri ng mga planta ng kuryente. Maaari kaming magbigay ng isang halimbawa ng mga torpedo;

Sa kasalukuyan, ang mga power plant ay binuo at ipinapatupad batay sa:

• Mga thermal engine: mga makina na may panlabas na supply ng init (Stirling), closed cycle na diesel, closed cycle steam turbines, closed cycle gas turbine units gamit ang iba't ibang kumbinasyon ng highly metallized na gasolina at oxidizer.
• Direktang pag-convert ng enerhiya ng kemikal ng gasolina sa elektrikal na enerhiya (fuel cells), kabilang ang hydrocarbon fuel conversion/reforming at hydrothermal metal oxidation, upang makagawa ng hydrogen na ginagamit sa ECG.
• Mataas na kapasidad na rechargeable na mga baterya, walang recharging sa dagat.
• Maliit na laki ng mga nuclear power plant, kabilang ang mga auxiliary.

Halos lahat ng power plant ay gumagamit ng unibersal na oxidizing agent - oxygen. Ito ay dahil sa kamag-anak na kadalian ng pagkuha nito mula sa hangin, at ang pagproseso ng mga sistema ng imbakan nito, sa karamihan ng mga kaso - cryogenic storage.

Isaalang-alang natin ang mga tampok ng iba't ibang air-independent power plant.

1. Power plant batay sa mga thermal engine

Ang lahat ng mga pag-install na ito, sa panimula ay naiiba sa disenyo, ay pinagsama ng gasolina na ginamit (liquid hydrocarbons) at ang mekanikal na conversion ng kemikal na enerhiya ng gasolina sa mekanikal, at pagkatapos ay sa elektrikal. Bilang karagdagan, ang likidong hydrocarbon fuel ay may mga pakinabang sa imbakan at transportasyon. Ang paggamit ng mga tangke ng ballast ng gasolina at ang posibilidad ng pag-refueling sa dagat ay makabuluhang pinatataas ang posibleng hanay ng pagkilos. Ang mga disenyong ito ay maaaring gumamit ng atmospheric air bilang isang oxidizer sa mode na "operasyon ng mga makina sa ilalim ng tubig" (RDP / Schnorchel).

1.1. Power plant batay sa mga closed-cycle na diesel engine (mga DZT, closed-cyclediesel, CCD)

Ang mga sistemang ito ang pinakakaraniwan; ang ilang DZT ay batay sa karanasan sa pagpapatakbo ng mga makinang diesel. Ang mga unang proyekto ay ang mga submarino ng Bertin at Dzhevetsky pagkatapos ng Ikalawang Digmaang Pandaigdig, ang mga submarino na may mababang boltahe na control center (A615) ay ginawa nang marami sa USSR. Ang kanilang teknolohikal na kalamangan ay ang paggamit ng "karaniwang" diesel engine, iyon ay, mas mababang gastos at pinasimple na pagsasanay sa crew. Gayunpaman, ang mahirap na alisin ang mataas na ingay ng isang diesel engine ay naglilimita sa pagbuo ng teknolohiyang ito. Ang mga closed-cycle na diesel power plant ay naiiba sa bawat isa sa disenyo, ngunit ang prinsipyo ng pagpapatakbo ay magkatulad: Ang CO2 ay tinanggal mula sa mga produkto ng pagkasunog/mga gas na maubos ang pagkasunog ng 1 kg ng diesel fuel ay gumagawa ng 3.19 kg ng CO2, na kailangang itapon; ng, halimbawa: sa pamamagitan ng paglusaw sa tubig ng dagat ( Argo / ED-IVR), pagsipsip ng mga solidong produkto (ED-CPI, sodium peroxide, sodium chloride) o pagyeyelo, pagkatapos ang pinaghalong gas ay pinayaman ng oxygen at ipinadala sa mga cylinder.

Sa kasalukuyan, ang kumpanya ng RDM (Holland) ay nag-aalok ng SPECTER (Submarine Power para sa Extended Continuous Trialand Range Enhancement) power plant batay sa isang closed-cycle na diesel engine. Ang katulad na gawain ay isinagawa ng COSMOS (Italy), CDSS (Great Britain) at TNSW (Germany). Gayunpaman, ang mga submarino na may ganitong mga power plant ay hindi itinayo sa serye, maliban sa maliliit na submarino.

1.2. EC batay sa isang makina na may panlabas na supply ng init (Stirling)

Ang mga stirling engine ay naiiba sa lahat ng kilalang direct-cycle energy converter na maaaring gamitin bilang bahagi ng anaerobic na mga halaman sa ilang mga katangian na nagbibigay sa kanila ng pag-asa para sa paggamit sa mga non-nuclear submarine: mababang ingay na operasyon dahil sa kawalan ng mga proseso ng pagsabog at isang medyo maayos na daloy ng operating cycle, na nakakaapekto sa acoustic secrecy ng mga submarino; mataas na kahusayan, mataas na presyon ng mga produkto ng pagkasunog, na nagpapahintulot sa mga produkto ng pagkasunog na alisin sa dagat sa lalim ng hanggang sa 200 m nang walang compressor, ang kakayahang gumamit ng iba't ibang uri ng hydrocarbon fuel.

Ang mga disadvantages ay: mataas na gastos; pagiging kumplikado, mataas na teknolohikal na kapasidad ng disenyo; ang pinakamababang halaga ng pinagsama-samang kapangyarihan na natanto ay 75 kW, marahil ang pinakamaraming nakamit ay 600 kW. Ang mga halimbawa ng pagpapatupad ng power plant na ito ay ang mga proyektong A-17, A-19, Imp. Oyashio, posibleng Type 041 at 043.

1.3. Sarado na cycle ng steam turbine power plant

Sa kasalukuyan, ang MESMA (Moduled’EnergieSous-MarineAutonome) closed-cycle steam turbine ay ipinapatupad sa mga submarino ng Agosta90B at Scorpene na proyekto. Ayon sa pag-aalala ng DCN, ang output power ng MESMA power plant ay 200 kW. Ang pag-install ay gumagawa ng thermal energy sa pamamagitan ng pagsunog ng gaseous mixture ng ethyl alcohol at oxygen sa pangunahing circuit ng heat exchanger. Ang pangalawang circuit ay isang steam turbine na nagtutulak ng high-speed turbogenerator. Sa kasalukuyan, ang isang shipyard para sa paggawa ng mga submarino (MetalStructuresManufacturingUnit) ay itinatayo sa Itaguaí, Brazil. Ang shipyard na ito ay mayroong lahat ng kailangan para sa produksyon ng mga hull section sa loob ng balangkas ng PROSUB shipbuilding program. Ang lead submarine ay dapat magsimula ng pagsubok sa 2016.

Ang isang analogue ng pag-unlad na ito sa Russia ay maaaring tawaging pananaliksik ng JSC SPMBM Malachite at NSAIDs Turbokon.

1.4. Closed cycle gas turbine planta

Ang iba't ibang mga opsyon ay binuo para sa pagbibigay ng mga submarino na may closed-cycle na gas turbine unit. Ang isang gas turbine engine (GTE) ay isang balanseng heat engine na may mas mababang mga katangian ng panginginig ng boses kumpara sa mga panloob na combustion engine ang mahinang punto ng GTE, ngunit ang mga acoustic disturbance ay may mataas na dalas, na maaaring mabawasan dahil sa pagkakabukod ng ingay. Sa Russia, ang NPO Saturn ay may reserba ng maliliit na gas turbine engine para sa modernong sasakyang panghimpapawid ng militar. Sa ngayon, ang OJSC SPMBM Malachite, kasama ang NPO Saturn at NPO Geliymash, ay nagsagawa ng computational studies sa paglikha ng isang VNEU na may gas turbine engine.

2. EC batay sa mga fuel cell

Ang fuel cell ay isang electrochemical device na nagko-convert ng chemical energy ng isang fuel at oxidizer sa electrical energy. Ang mga fuel cell ay maaaring gumamit ng mga fossil fuel (pangunahin sa natural na gas o gasolina) o hydrogen nang direkta (sa kaso ng mga PEM fuel cell).

Ang mga pangunahing direksyon ng pagbuo ng mga fuel cell: Polymer Electrolyte (o Proton Exchange Membrane) Fuel cells PEM/PEMFC, Phosphoric Acid Fuel Cells (PAFC), Molten Carbonate Fuel Cells (MCFC), Solid Oxide Fuel Cells (SOFC).

2.1. EC batay sa Proton Exchange Membrane (PEM)

Ang mga mababang temperatura na ECG ay may tiyak na kapangyarihan na humigit-kumulang 65 W/kg, isang mapagkukunan na humigit-kumulang 5000 oras Kasabay nito, ang tiyak na pagkonsumo ng hydrogen ay mula sa 0.045 - 0.048 kg/kWh, ang pagkonsumo ng oxygen ay 0.36 - 0.38 kg/kWh. Ang mga fuel cell ng BZM120 ay may lakas na 120 kW bawat isa at may timbang na 900 kg na may dami na 500 litro. Ang komposisyon ng gasolina na hydrogen + oxygen na may mga produkto ng reaksyon na tubig ay theoretically ang pinakamahusay na komposisyon sa mga tuntunin ng paglabas ng enerhiya sa bawat 1 g ng mga produkto ng reaksyon at kadalian ng pagtatapon ng mga produkto ng reaksyon sa mga submarino. Gayunpaman, ang masa ng mga sistema ng pag-iimbak ng hydrogen ay makabuluhan; Ang mataas na halaga ng paglikha ng mga power plant at imprastraktura sa baybayin, mga problema sa teknolohiya sa pag-iimbak ng gasolina, at ang imposibilidad ng pag-aayos ng pagbabase ng mga submarino sa mga hindi sapat na kagamitan na mga punto ay makabuluhang bawasan ang kadaliang mapakilos at katatagan ng labanan, dahil ang pagkawasak ng base ay talagang gagamit ng mga submarino imposible. Samakatuwid, ang mga alternatibong opsyon para sa pag-iimbak ng hydrogen-containing fuel (NH3, metal hydride, hydro-reacting fuel) at mga opsyon para sa paggawa ng hydrogen mula rito ay ginagawa.

2.1. EI batay sa methanol reformer at PEM

Ang methanol ay may mas mababang halaga ng pag-init kaysa sa diesel fuel at mas nakakalason, ngunit ang kadalisayan nito ay ginagawa itong angkop para sa paggamit sa mga reformer. Binuo ng HDW ang konsepto ng isang diesel-electric submarine na idinisenyo upang malutas ang isang malawak na hanay ng mga gawain sa malalayong karagatan (dagat) na lugar, Project 216. Ang isang katulad na proyekto ay binuo ng DCNS para sa Project S-80A. Ang pagtaas ng stealth at pagtaas ng tagal ng autonomous submarine operations ay binalak na makamit sa pamamagitan ng paggamit ng pinagsamang electric power plant, kabilang ang apat na diesel generator, lithium-ion na baterya at electrochemical generators mula sa kumpanya. Upang matiyak ang pagpapatakbo ng huli, pinlano na gumamit ng onboard hydrogen generator na may reformer ng methanol-steam. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng generator ay ang mga sumusunod: methanol ay halo-halong tubig, sumingaw at pagkatapos ay ipinakain sa reaktor. Ang methanol-water mixture ay binago sa hydrogen-saturated gas mixture, na pumapasok sa membrane purification unit. Ang pangunahing bahagi ng hydrogen ay dumadaan sa lamad at higit pa sa elemento ng gasolina. Ang scheme ay may mga pakinabang sa PEM sa mga tuntunin ng gasolina na ginamit, na nagbibigay ng mas malawak na saklaw dahil sa isang pantulong na generator ng diesel at binabawasan ang kahinaan ng imprastraktura sa baybayin. Gayunpaman, nangangailangan ito ng mga karagdagang sistema sa sakay ng submarino - reporma at pag-recycle ng CO2.

2.3. EC batay sa Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)

Ang Solid Oxide Fuel Cell ay kabilang sa pangkat ng mga high temperature fuel cell. Gumagana ang mga ito sa temperaturang hanggang 1000 °C at maaaring gumamit ng iba't ibang panggatong: hydrogen gas o hydrocarbons (gasolina, diesel, kerosene), natural gas. Bukod dito, ang kanilang tampok ay ang posibilidad ng paggamit ng gasolina na may mas mababang antas ng pagdalisay, lalo na para sa asupre, kabaligtaran sa mababang temperatura na mga fuel cell kung saan nilalason ng sulfur at CO ang katalista. Ang isa pang kalamangan ay ang SOFC ay naglalabas ng CO2 sa mataas na temperatura kapag nagpapatakbo. Ito ay nagpapahintulot na ito ay magamit upang mapataas ang kahusayan ng isang micro gas turbine, para sa produksyon ng elektrikal na enerhiya o iba pang mga pantulong na pangangailangan. Ang mga EC na ito ay binuo ng iba't ibang kumpanya, halimbawa Wärtsilä.

Gayunpaman, ang ganitong sistema ay nangangailangan din ng pagbawi ng CO2.

3. Power plant batay sa rechargeable na baterya na walang recharging system sa dagat

Sa kasalukuyan, isa sa mga kakumpitensya sa pag-init ng mga makina (HE) ay upang magbigay ng kasangkapan sa mga submarino na may mga baterya lamang na may mataas na kapasidad. Ang mga katulad na disenyo ay ginagamit sa mga sasakyan sa ilalim ng dagat. Sa teorya, ang pinakasimpleng uri ng planta ng kuryente, gayunpaman, ang mga modernong baterya ay may hindi sapat na kapasidad upang matiyak na manatili sa ilalim ng tubig nang mahabang panahon (higit sa 14 na araw) na may medyo mataas na pagkonsumo ng enerhiya (higit sa 50 kWh). Ang tradisyonal na lead-acid na baterya (atbp.) ay hindi nakakatugon sa mga kinakailangan para sa mga layuning ito, gayunpaman, sa pagdating ng mga alternatibong teknolohiya tulad ng Rolls-Royce Zebra na baterya o ang lithium-ion na baterya, ito ay naging posible, bilang karagdagan, ang iba pang mga uri ng mga baterya ay binuo: sodium, sodium-silver, sodium-nickel chloride, lithium-chlorine, lithium-silver, lithium-polymer, nickel-metal hydride, atbp. Ang tinatayang tiyak na kapasidad ng baterya ay ipinakita sa Talahanayan 1.

Talahanayan 1. Tukoy na mass energy ng iba't ibang uri ng mga baterya

Uri ng Baterya	Tukoy na kapasidad, W*h/kg
Lead acid
Nickel-cadmium
Pilak-sink
Sodium Sulfide(NaS)

Bukod dito, ang tiyak na kapasidad ng enerhiya ng baterya ay nakasalalay sa discharge mode at maaaring mag-iba para sa mga lead-acid na baterya mula 22 Wh/kg na may hourly discharge mode hanggang 55 Wh/kg na may 1000-hour discharge mode.

Upang magbigay ng kapangyarihan sa mga tulong sa pag-navigate, ang mga baterya ay nilikha na may mahabang panahon ng paglabas, halimbawa, isang alkaline manganese-zinc electrochemical system, ngunit ang mga ito ay may mababang kapangyarihan.

4. EU batay sa mataas na metallized na gasolina

Karaniwan, ang gawaing pananaliksik lamang ang isinasagawa sa lugar na ito. Ang mga bentahe ng scheme na ito ay: mataas na calorie na nilalaman ng mga produkto, pagsabog / kaligtasan ng sunog, ang posibilidad ng magkasanib o hiwalay na imbakan ng mga produkto nang hindi binabago ang kanilang pisikal at kemikal na mga katangian, ang mga produkto ng pagkasunog ay nasa isang solidong estado, na nagpapadali sa sistema ng pagtatapon. May mga proyektong may iba't ibang opsyon sa gasolina at oxidizer: Al + O2, Mg + CO2, Al + CrO3/S/Fe2O3, Li + CrO3, Li + SF6, at ang gasolina at oxidizer ay maaaring nasa solid at likido/gas na estado . Malaki ang pagkakaiba ng mga proyekto sa disenyo. Ang mga silid ng pagkasunog ay maaaring: direktang daloy, cyclone, layer, bubbling/submersible, surface combustion. Ang conversion ng thermal energy ay maaaring isagawa sa isang gas turbine unit, isang gas turbine station, o isang steam turbine unit, batay sa isang makina na may panlabas na supply ng init.

Ang trabaho ay nagpapahiwatig na ang isang planta ng kuryente batay sa walang gas na gasolina ay maaaring ilagay sa mga sukat ng kompartamento ng mga kasalukuyang submarino, at ang mga paghahambing na pagtatasa ay nagpakita ng higit na kahusayan kaysa sa pangunahing bersyon ng isang submarino ng diesel. Gayunpaman, ang mga maliliit na power plant lamang ang praktikal na ipinatupad, halimbawa, sa Advanced Lightweight Torpedo, ang power plant na ito ay nilagyan ng Rankine cycle engine at tubig sa dagat bilang coolant, ang gasolina ay lithium metal, at ang oxidizer ay gaseous sulfur hexafluoride. .

5. EC batay sa "thermite mixtures"

Pangunahin ang maliliit at napakaliit na power plant na ginagawa, ang ilan sa mga ito ay ginagamit lamang para sa pagbuo ng init. Ang mga power plant na ito ay maaaring nilagyan ng mga heat accumulator, iyon ay, ang oras ng pagpapatakbo ng power plant ay makabuluhang lumampas sa oras ng pagsunog ng thermite charge. Ang "mga oxidizer ng pangalawang uri" ay ginagamit sa mga singil; Dapat pansinin na ang interesado ay hindi ang kabuuang dami ng oxygen na nilalaman ng oxidizer, ngunit ang halaga nito na ginugol sa oksihenasyon ng gasolina. Ang dami ng oxygen na ibinibigay ng solid oxidizer na ginamit ay hindi hihigit sa 52% ng bigat ng compound.

Ang paghahambing na pagsusuri ay isinasagawa batay sa isang sistema ng mga tagapagpahiwatig ng kalidad at pamantayan sa pagganap. Ang pagtatasa sa kahusayan ng mga planta ng kuryente ay isang multicriteria na problema sa mga nonlinear na layunin na function at mga paghihigpit, na nalutas sa pamamagitan ng mga nonlinear na pamamaraan ng programming. Sa pangkalahatan, ang pagtatasa ng pagiging epektibo ng pagpapatupad ng isang partikular na teknolohiya ay maaari lamang gawin batay sa tamang paunang data. Bilang karagdagan sa pagpili ng pamantayan sa paghahambing, kinakailangan upang piliin ang mga katangian ng timbang ng pamantayan. Bukod dito, bilang karagdagan sa mga katangian ng planta ng kuryente mismo (enerhiya, pagiging maaasahan, pang-ekonomiya, mga antas ng field, halimbawa, intensity ng paglabas ng ingay, lakas ng electromagnetic field, mga konsentrasyon ng mga basurang sangkap na inilabas sa kapaligiran sa panahon ng trabaho, pagpapanatili ng pag-install. Ito Mahalaga rin na isaalang-alang ang gastos sa paglikha at pagpapatakbo ng imprastraktura sa baybayin.

Mga Reviewer:

Loskutov A.B., Doktor ng Teknikal na Agham, Propesor, Nizhny Novgorod State Technical University na pinangalanan. R.E. Alekseeva, Nizhny Novgorod.

Gushchin V.N., Doktor ng Teknikal na Agham, Propesor, Nizhny Novgorod State Technical University na pinangalanan. R.E. Alekseeva, Nizhny Novgorod.

Bibliographic na link

Romanov A.D., Chernyshov E.A., Romanova E.A. COMPARATIVE REVIEW AT EBALUATION NG BISA NG AIR-INDEPENDENT ENERGY INSTALLATIONS NG IBA'T IBANG DISENYO // Mga modernong problema ng agham at edukasyon. – 2013. – Hindi. 6.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=10994 (petsa ng access: 07/29/2019). Dinadala namin sa iyong pansin ang mga magazine na inilathala ng publishing house na "Academy of Natural Sciences"

MOSCOW, Agosto 23 – RIA Novosti, Andrey Kots. Ang mga diesel-electric submarines (DES) ay kailangang-kailangan sa mga lugar sa baybayin at mababaw na tubig, kung saan ang kanilang mas mabibigat na nuclear-powered na mga katapat ay hindi palaging makakarating. Ang mga modernong Russian diesel-electric submarine ay mabigat at maraming nalalaman na mga armas, ngunit kumpara sa mga nuclear submarine mayroon silang isang seryosong disbentaha. Kung ang isang submarino na pinapagana ng nuklear ay may kakayahang manatili sa ilalim ng tubig hangga't ninanais hanggang sa maubos ang pagkain, ang mga diesel submarine ay napipilitang lumalabas nang pana-panahon upang singilin ang kanilang mga baterya gamit ang mga generator. Gayunpaman, salamat sa air-independent power plants (VNEU), magagawa ng ilang modernong diesel engine nang wala ito.

Walang pag-akyat

Anumang submarino, anuman ang disenyo, displacement, armament at pagsasanay ng mga tripulante, ay walang pagtatanggol sa ibabaw, tulad ng isang kuting sa harap ng isang pakete ng mga aso. Ang bangka ay walang makabuluhang artilerya ng pandagat na may kakayahang itaboy ang mga high-speed na bangka ng mga boarding team ng kaaway. Hindi nito magagawang palayasin ang mga anti-submarine aircraft o anti-ship missiles. At kahit na nagawa niyang mag-dive kaagad, malamang na hindi siya makatakas mula sa mga "beaters" na tumpak na natukoy ang kanyang mga coordinate. Sa panahon ng kapayapaan, nagbabanta ito na guluhin ang "autonomy". Sa militar - ang pagkamatay ng bangka at mga tripulante nito.

Ang mga motor ng isang non-nuclear submarine ay pinapatakbo ng mga rechargeable na baterya, ang singil nito ay tumatagal ng maximum na apat na araw kung ang submarine ay gumagalaw sa bilis na hanggang limang buhol. Kung ibinigay ang command na "Buong bilis!", mauubos ang mga baterya sa loob ng ilang oras. Ang kanilang maximum na pagsingil sa mga onboard na diesel generator ay tumatagal ng humigit-kumulang dalawang araw, ito ay nangangailangan ng oxygen, kaya ang bangka ay napipilitang lumutang. Siyempre, maaari mong gamitin ang underwater engine operating mode (SMO). Sa kasong ito, ang submarino ay nagtataas ng isang snorkel pipe sa ibabaw ng ibabaw ng tubig, kung saan dumadaloy ang hangin. Gayunpaman, ang pamamaraan, na aktibong ginamit sa kalagitnaan ng huling siglo, ngayon ay matalas na pinapataas ang posibilidad na ang isang submarino ay napansin ng kaaway na radar, infrared, optical-electronic at acoustic na paraan.

Ang isang air-independent, o anaerobic, na makina ay hindi nangangailangan ng direktang pag-access sa kapaligiran. Sa kasalukuyan, mayroong apat na pangunahing uri ng VNEU sa mundo: closed-cycle na diesel engine, Stirling engine, fuel cell (electrochemical generator) at closed-cycle steam turbine unit. Dapat nilang matugunan ang mga sumusunod na kinakailangan: mababang antas ng ingay, mababang init na henerasyon, katanggap-tanggap na timbang at sukat na mga katangian, kadalian at kaligtasan ng operasyon, mahabang buhay ng serbisyo at mababang gastos.

Mahalagang tandaan na ang teknolohiya ng pagmamanupaktura ng VNEU ay napakakumplikado at masinsinang kaalaman. Walang maraming estado sa mundo na ganap na nakabisado ito. Ang US Navy ay hindi interesado sa paksa ng VNEU, mas pinipiling ilipat ang buong submarine fleet sa nuclear energy. Sinundan ng mga Pranses ang parehong landas, gayunpaman ay nagtatayo ng mga submarino sa pag-export ng uri ng Scorpene. Ang mga maliliit na bangka na ito ay pinapagana ng mga turbine sa isang closed cycle gamit ang ethanol at likidong oxygen. Autonomy na walang pag-akyat - mga tatlong linggo.

Ang mga Aleman ay nagpatibay ng ibang diskarte at sa simula ng 2000s ay ipinakilala ang isang serye ng mga submarino ng U-212/214 na proyekto. Ang mga submarino na ito ay may "hybrid" na planta ng kuryente: sa RDP mode o para sa pagtakbo sa ibabaw, ang mga baterya ay sinisingil ng isang diesel generator na may kapasidad na 1050 kilowatts. At sa ilalim ng tubig, para sa matipid na pagtakbo, ang air-independent na Siemens SINAVAY Permasin engine ay papasok. Pinapatakbo ito ng power plant ng siyam na proton-exchange fuel cell, kabilang ang mga tangke na may cryogenic oxygen at mga lalagyan na may metal hydride. Tinitiyak ng mga elementong ito ang pag-ikot ng mga propeller.

Ang papel ng mga fuel cell

Ngayon sa Russia walang mga diesel-electric na submarine na may air-independent power plant, ngunit dapat itong lumitaw sa mga darating na taon. Ang mga kinatawan ng Ministri ng Depensa ay paulit-ulit na nagpahayag na ang unang VNEU ay makakatanggap ng Project 677 Lada submarines. Gayunpaman, ang St. Petersburg, na kinomisyon, at ang Kronstadt at Velikiye Luki, na nasa ilalim ng konstruksyon, ay ganap na umaasa sa mga generator ng diesel. Ngunit ang susunod na bangka ng proyekto, na ilulunsad bago ang 2025, ay nilagyan na ng isang anaerobic power plant ng sarili nitong produksyon. Karamihan sa mga data tungkol sa pag-unlad na ito ay mahigpit na inuri, ngunit alam na ang disenyo nito ay batay sa steam reforming gamit ang isang electrochemical generator gamit ang mga solid-state na elemento.

"Ang mga eksperimento sa VNEU ay isinagawa pabalik sa Unyong Sobyet," sinabi ni Viktor Murakhovsky, editor-in-chief ng Arsenal of the Fatherland magazine, sa RIA Novosti "Medyo mahirap na lumikha ng isang bagong planta ng kuryente sa isang modernong elemento na base nakakatugon sa mga kinakailangan ng ngayon, kailangan nitong magbigay ng isang supply ng isang bahagi ng oxidizing para sa pagpapatakbo ng isang panloob na combustion engine pagpapaandar nang walang paggamit ng mga generator ng diesel Sa kasong ito, ang mga fuel cell na may malaking kapasidad ng enerhiya ay magpapagana lamang ng mga de-koryenteng motor.

Ang rubin design bureau, nga pala, ay nag-anunsyo ng kahandaan nitong magpakita ng air-independent power plant para sa mga non-nuclear submarine sa 2021-2022. At noong Abril ng taong ito, matagumpay na nasubok ng Malachite Design Bureau ang isang prototype na VNEU na may closed-cycle na gas turbine engine. Ang bagong produkto ay dapat gamitin sa maliliit na submarino, na sa ngayon ay umiiral lamang sa anyo ng mga prototype.

Pagpapalit ng import

"Kami ay nakabuo ng isang linya ng maliliit na submarino na may displacement mula sa dalawang daan hanggang isang libong tonelada," sabi ni Igor Karavaev, nangungunang taga-disenyo ng Malakhit Design Bureau, sa RIA Novosti "Ang isa sa kanilang mga pangunahing bentahe ay ang paggamit ng mga bangka ay magiging komportable sa mga strait zone, mababaw na lugar ng tubig, mga daungan at makapasok pa sa mga daungan ng kaaway at mga base ng hukbong-dagat. payagan silang maglunsad ng sorpresang pag-atake sa mga barko at pangunahing imprastraktura sa baybayin."

Ayon kay Viktor Murakhovsky, upang makapasok sa ating sariling mass production ng mga air-independent power plant at mai-install ang mga ito nang maramihan sa mga submarino, kinakailangan na lumikha ng isang napakalaking reserbang pang-agham at teknikal para sa paglikha ng mga fuel cell na magpapagana sa mga de-koryenteng motor. ng submarine fleet. Bilang isang mas mura at mas simpleng alternatibo, isinasaalang-alang niya ang pagbuo ng mga promising lithium-polymer na baterya na nagpapatakbo sa isang "recharge" nang mas mahaba kaysa sa mga analogue na magagamit sa Navy ngayon. "Gayunpaman, ang kanilang produksyon, tila, ay kailangang magsimula mula sa simula, dahil sa Kanluran ay walang magbebenta sa amin ng gayong mga teknolohiya, at kung gagawin nila, kung gayon isang magandang araw ay maaari lamang nilang putulin ang mga suplay," dagdag ng eksperto.