Ce este o plantă de energie anaerobă. Au început testarea instalației anaerobe rusești pentru submarine

Submarinele moderne nenucleare (submarinele) sunt mijloace extrem de eficiente de război armat pe mare și sunt platforme mobile capabile să transporte o varietate de arme, precum și să facă călătorii lungi departe de bazele lor de origine. În prezent, submarinele companiilor rusești și străine, în principiu, diferă puțin între ele sau, în orice caz, sunt comparabile între ele în arhitectură, deplasare și echipamente cu arme de înaltă precizie, inclusiv rachete de diferite clase capabile să lovească. orice ținte maritime și terestre. Aceste submarine sunt similare ca supraviețuire, fiabilitate, capabilități de arme electronice etc.

Cu toate acestea, experiența arată că eficiența în luptă a submarinelor diesel este într-o anumită măsură depreciată din cauza necesității de a reîncărca periodic bateriile, ceea ce reduce secretul acțiunilor acestora și crește probabilitatea de detectare. Astfel, submarinele diesel petrec 2...5 ore în fiecare zi reîncarcându-și bateriile. În plus, rezervele limitate de energie ale submarinelor diesel nu permit utilizarea acestora în regiunile arctice acoperite cu gheață.
Problema creșterii duratei scufundărilor, eliminând necesitatea ascensiunii frecvente pentru încărcarea bateriilor, poate fi rezolvată prin utilizarea centralelor anaerobe cu o putere de 100...300 kW, ceea ce mărește autonomia submarinelor nenucleare. la 480...720 ore.

În conformitate cu clasificarea adoptată de marinele țărilor occidentale, submarinele nenucleare sunt de obicei împărțite în trei subclase:

- clasa a"– submarine clasice cu centrală principală diesel-electrică (GPP);

- clasa "B"– submarine cu centrală hibridă, care, alături de o instalație diesel-electrică, include și un subsistem suplimentar anaerob (independent de aer);

- clasa "C"– submarine echipate numai cu o centrală specială anaerobă.

Unele dintre primele submarine pregătite pentru luptă cu centrale electrice hibride au fost submarine germane cu așa-numitele „turbine cu abur și gaz Walter” alimentate cu peroxid de hidrogen. Submarinele germane din seria XXVI cu turbine Walter erau capabile să atingă viteze subacvatice de până la 24...25 noduri. Aprovizionarea navei cu peroxid a fost suficientă pentru șase ore de viteză maximă, iar în restul timpului s-a folosit o instalație convențională diesel-electrică și un dispozitiv pentru asigurarea funcționării diesel la adâncimea periscopului (snorkel). Ambarcațiunile din seria XXVI aveau un aspect arhitectural semnificativ diferit de cele tradiționale, menite să reducă rezistența sub apă. Au devenit un fel de capodoperă a tehnologiei navale, deși nu au avut timp să intre în serviciu și să participe la ostilități, dar au servit ca material valoros pentru țările învingătoare în modernizarea postbelică a flotelor submarine.

În ajunul Marelui Război Patriotic, Uniunea Sovietică a experimentat și cu submarine echipate cu centrale electrice anaerobe. Astfel, al paisprezecelea submarin de tip M din seria XII (până în 1940 se numea S-92, apoi R-1) a intrat în istorie ca prima barcă sovietică cu un singur motor - un motor diesel, pentru funcționarea care oxigen lichid a fost folosit ca oxidant, depozitat la temperaturi deosebit de scăzute (-180°C). Dezvoltarea REDO (specială cu un singur motor regenerativ) a fost realizată în 1935-1936. din inițiativa și sub conducerea S.A. Bazilevski.

În timpul testelor din 1939, submarinul S-92 a dovedit capacitatea unui motor diesel de a funcționa sub apă într-un ciclu închis timp de 5,5 ore la o putere de 185 CP. Cu.

În iulie 1946, Consiliul de Miniștri al URSS a emis un decret privind dezvoltarea lucrărilor privind crearea de submarine cu motoare „singure”. În conformitate cu decretul, a început proiectarea unui mic submarin experimental al Proiectului 615 cu o deplasare de aproximativ 390 de tone, echipat cu un motor „unic”, care a fost similar în proiectare cu motorul ambarcațiunii Proiect 95. În 1955- 1958. 29 de bărci de acest tip au fost construite la fabricile nr. 196 și nr. 194. În timpul funcționării, au avut loc mai multe accidente grave pe ambarcațiunile din proiectul A615. După cum s-a dovedit, accidentele au avut loc din cauza caracteristicilor nesocotite ale centralei electrice și a pregătirii insuficiente a personalului, care a vorbit nemăgulitor despre submarinele lor, numindu-le „brichete”.

Al doilea tip de motor „unic” selectat pentru implementare a fost deja menționată unitatea de turbină cu ciclu combinat (PGTU) de către designerul german Walter. Leningrad TsKB-18 în proiectul de pre-proiectare 616 a reprodus barca germană din seria XXVI. În 1947, pe teritoriul zonei de ocupație sovietică din Germania a fost creat un birou special de proiectare sub conducerea A.A. Antipin, care a fost angajat în restaurarea documentației tehnice a unei instalații de turbine cu ciclu combinat. În paralel, TsKB-18 a început să proiecteze un submarin Project 617 cu un PSTU. În același timp, toate echipamentele, cu excepția PSTU, erau planificate să fie fabricate în fabrici interne.

Conform proiectului, o ambarcațiune cu o deplasare de aproximativ 950 de tone avea capacitatea de a atinge o viteză subacvatică de până la 20 de noduri timp de 6 ore. Barca experimentală a fost așezată la 5 februarie 1951 la uzina nr. 196 și ea testele au fost finalizate abia la 20 martie 1956. În 1956-1959. Submarinul C-99 a făcut 98 de călătorii pe mare și a parcurs mai mult de 6.800 de mile, dintre care 315 au fost de la PSTU. Pe 17 mai 1959, pe navă a avut loc un accident grav: în timpul lansării turbinei cu gaz la adâncimea de 80 m, a avut loc o explozie în compartimentul turbinei. Barca a ieșit la suprafață și a ajuns la bază cu propriile puteri. După pomparea apei din compartiment, s-a stabilit că accidentul s-a produs din cauza descompunerii peroxidului la contactul cu murdăria care a pătruns în supapă.

Ulterior, din cauza succeselor în crearea submarinelor nucleare, conducerea Marinei sovietice și a industriei interne de construcții navale și-au pierdut practic interesul pentru motoarele „single” non-nucleare pentru submarine. Abia în prima jumătate a anilor '70 ai secolului trecut s-au reluat lucrările în această direcție. De această dată, s-a încercat dotarea submarinului Project 613 cu o centrală electrică cu un generator electrochimic cu o putere de 280 kW. În 1988, submarinul Katran al Proiectului 613E a trecut cu succes testele de stat extinse și a confirmat posibilitatea fundamentală de a crea și utiliza eficient energie nouă. Cu toate acestea, prăbușirea Uniunii Sovietice și evenimentele care au urmat au dat înapoi timp de câteva decenii crearea unui submarin intern cu generator electrochimic.

Iar concurenții nu dormeau

În ultimul deceniu al secolului XX, centralele anaerobe bazate pe motoare Stirling, turbine cu abur-gaz și generatoare electrochimice au fost create, testate și au început să fie produse în serie în Germania, Suedia și Franța. Astfel, companiile germane Howaldtswerke-Deutsche Werft GmbH (HDW) și Thyssen Nordseewerke GmbH (TNSW) au proiectat și construit patru submarine de tip 212 (U 31 - U 34, transferate în flotă în 2005-07). În septembrie 2006, Bundesmarine a comandat încă două submarine de tip 212 cu o dată de livrare pentru flotă în 2012-2013.

Barca de tip 212 are o deplasare subacvatică de 1360 de tone, o lungime de 53,5 m, o lățime de 6,8 m și o înălțime de la chilă până la vârful balustradei retractabile de 11,5 m. Într-una dintre călătorii, U 32 a stabilit un record mondial pe durata mișcării în poziție scufundată (fără a folosi snorkel), rămânând scufundat timp de două săptămâni.

Pe lângă marina germană, marinarii italieni au decis să achiziționeze și submarine similare. Compania Fincantieri a construit-o sub licență germană în 2005-2007. două bărci (S526 Salvatore Todaro și S527 Scire). În martie 2008, guvernul italian a decis să comande încă două submarine de tip 212.

Un tip de submarin german ușor modificat și îmbunătățit cu generatoare electrochimice este Proiectul 214, propus de companiile germane pentru Marina Greacă. Cu o deplasare standard de 1.700 de tone și o lungime de 65 m, barca este capabilă să se scufunde la o adâncime de 400 m și poartă un armament de opt tuburi torpile de 533 mm. Guvernul grec a comandat trei bărci de acest tip din Germania. Negocierile privind construcția celui de-al patrulea submarin Katsonis cu data de finalizare în 2012 au fost încheiate cu succes.

Coreea de Sud, care are o industrie puternică de construcții navale, a ales să achiziționeze o licență din Germania pentru a construi trei bărci de tip 214. Acestea sunt fabricate de Hyundai Heavy Industries; Prima ambarcațiune, amiralul Sohn Won-il, a fost livrată flotei în decembrie 2007, iar celelalte două, Jung Ji și Ahn Jung-geun, sunt programate să fie finalizate în 2008 și, respectiv, 2009. În prezent, există o dezbatere în guvernul sud-coreean cu privire la fezabilitatea construirii a încă trei submarine de tip 214. Caracteristicile valoroase ale bărcilor de acest tip sunt considerate a fi capacitatea de a lansa rachete de croazieră din tuburile torpiloare de sub apă și prezența a două generatoare electrochimice de tip Siemens PEM cu o putere de 120 kW fiecare, ceea ce permite deplasarea sub apă cu o viteză de 3...5 noduri timp de două săptămâni.

De asemenea, francezii și-au adus contribuția la crearea de centrale electrice independente de aer pentru submarine. Astfel, un grup de companii care fac parte din concernul de construcții navale DCN, pentru submarinul francez „Scorpen” (tip Agosta-90B, deplasare subacvatică 1760 tone, lungime 67 m) a dezvoltat o centrală anaerobă generatoare de abur de tip MESMA ( Modulul D'Energie Sous Marine Autonome).

Trei submarine din clasa Agosta-90B au fost comandate de Marina Pakistană în 1994. Primele două submarine, Khalid (S137) și Saad (S138) nu erau echipate inițial cu propulsie anaerobă; Barca de conducere cu un astfel de sistem a fost al treilea submarin, Hamza (S139).
Există proiecte de echipare a submarinelor cu centrale hibride care încorporează reactoare nucleare de mică putere. Submarinele echipate cu reactoare nucleare mici vor rămâne în esență alimentate cu motorină. Compania intenționează să furnizeze aceste instalații sub forma unei secțiuni separate, complet pregătite pentru a fi introduse în corpurile submarinelor existente sau pentru asamblarea celor aflate în construcție. Una dintre opțiunile de conversie a fost propusă în legătură cu submarinele din clasa Victoria.

Poate că cele mai impresionante rezultate în dezvoltarea plantelor anaerobe au fost obținute de concernul suedez Kockums Submarin Systems. În procesul de modernizare, pe submarinul francez Saga și submarinul suedez Naecken tip A14 au fost instalate motoare Stirling V4-275R, care au fost folosite ca centrale electrice auxiliare pentru propulsia economică subacvatică. La transformarea submarinului Naecken într-o carenă durabilă, o inserție de aproximativ 8 m lungime a fost realizată direct în spatele gardului de la timonerie cu două motoare Stirling cu o putere de 110 kW fiecare, care antrenează generatoare de curent continuu. Furnizarea de oxigen lichid a permis bărcii Naecken să rămână sub apă fără a ieși la suprafață până la 14 zile.

Apoi concernul Kockums Submarin Systems a făcut un pas și mai impresionant, construind în 1992-1996. trei submarine clasa Gotland (tip A19). Centrala electrică a submarinelor includea motoare diesel convenționale și două motoare Stirling V4-275R cu o putere de 75 kW fiecare. Lungimea submarinelor este de 60,4 m, deplasarea subacvatică este de 1599 de tone.

Cel mai promițător proiect al suedezilor este legat de promițătorul submarin Viking. Acest nume nu a fost ales întâmplător. Încă două țări scandinave – Norvegia și Danemarca – ar trebui să participe la implementarea proiectului. Compania Kokums, în colaborare cu companii norvegiene și daneze de construcții navale, a format un consorțiu pentru lucrări practice la proiect. În total, s-a planificat construirea a 12 submarine de nouă generație. Potrivit experților de top, acesta ar fi cel mai bun submarin non-nuclear de la începutul secolului XXI. S-a planificat instalarea unui singur motor Stirling de mare putere (aproximativ 800 kW). Cu toate acestea, astăzi soarta Vikingului este în mâinile Companiei Europene de Construcții Navale, controlată de preocupările germane. Și ei, desigur, nu sunt prea interesați de succesul scandinavilor, concurenții lor direcți.

Marina japoneză a venit pe neașteptate în ajutorul scandinavilor, care în 1997 au lansat submarinul S 589 Asashio, pe care au fost instalate două motoare Stirling ca experiment. După finalizarea ciclului de testare, amiralii japonezi au decis să construiască o serie întreagă de submarine din clasa Soryu, primul dintre care ar trebui să intre în serviciu în martie 2009. Aceste bărci sunt mult mai mari decât cele germane și suedeze (deplasare subacvatică 4200 tone, lungime 84). m, echipaj 65 persoane) .

Și, în cele din urmă, americanii au fost ultimele puteri mondiale care au făcut alegerea finală cu privire la tipul de plantă anaerobă. Soluția lor este clară - motoarele Stirling. Pentru a face acest lucru, în 2005, Marina SUA a închiriat un submarin suedez de clasă Gotland echipat cu o unitate Stirling auxiliară independentă de aer. Potrivit revistei Jane's Defense Weekly, submarinul ar fi trebuit să fie folosit pentru a practica operațiuni antisubmarine de către navele flotei americane. Barca a fost repartizată bazei navale din San Diego (California), unde se află Comandamentul de Război Anti-Submarin. Rețineți că Marina SUA a început recent să acorde o atenție sporită apărării antisubmarine. Acest lucru se explică prin creșterea rapidă a forțelor navale ale Armatei Populare de Eliberare a Chinei și, mai ales, prin creșterea cantitativă și îmbunătățirea calității flotei de submarine a RPC.

Statele Unite au nevoie și de un submarin de clasă Gotland pentru a stăpâni tehnologiile moderne de construcții de nave submarine nenucleare care s-au pierdut în Statele Unite. În 2006, corporația americană Northrop Grumman și compania suedeză Kokums, care a construit submarinul de clasă Gotland, au semnat un acord de cooperare. În cadrul acestei cooperări, specialiștii americani vor avea ocazia să studieze în detaliu proiectarea celui mai nou submarin al flotei suedeze. Iar în acest sens îi vor ajuta marinarii suedezi, care vor servi pe vas împreună cu colegii lor americani.

Potrivit experților de top, submarinele cu sisteme de propulsie hibride se apropie deja nu doar de navele cu propulsie nucleară în caracteristicile lor, ci chiar le depășesc în anumite privințe. Astfel, în timpul a două exerciții în Atlantic desfășurate în 2003, submarinul suedez Halland cu motoare anaerobe Stirling „a câștigat” în situație de duel un submarin spaniol cu ​​instalație convențională diesel-electrică, iar apoi un submarin nuclear francez. În Marea Mediterană, ea s-a impus într-o „bătălie” cu submarinul nuclear american Huston. Trebuie remarcat faptul că Halland, cu zgomot redus și foarte eficient, costă de 4,5 ori mai puțin decât rivalii săi nucleari.

Avantajele centralelor hibride

Având în vedere aproximativ același nivel de sofisticare a armelor și armelor electronice ale majorității submarinelor din țările Europei de Vest - principalii furnizori de submarine pe piața mondială, competitivitatea submarinelor promițătoare va fi determinată în mare măsură de tipul de motor utilizat în centralele anaerobe.

Motoarele Stirling diferă favorabil de toate convertoarele de energie cu ciclu direct cunoscute (diesel, turbine cu abur și gaz, motoare cu combustie internă cu carburator, ECG etc.) care pot fi utilizate ca parte a instalațiilor anaerobe într-o serie de calități care determină perspectiva utilizării lor. pe submarinele nenucleare: zgomot practic în funcționare din cauza absenței proceselor explozive în cilindrii motorului și a mecanismului de sincronizare a supapelor și a unui flux destul de fluid al ciclului de lucru cu un cuplu relativ uniform, care afectează direct stealth acustic al submarinului - componenta principală a indicatorului general - „stealth submarin”; Eficiență ridicată (până la 40%), care este semnificativ mai mare decât cifra corespunzătoare pentru cele mai bune exemple de motoare diesel și motoare cu ardere internă cu carburator; posibilitatea utilizării mai multor tipuri de combustibili cu hidrocarburi ca combustibil (combustibil solar, gaz natural lichefiat, kerosen etc.); funcționarea motoarelor Stirling care funcționează cu combustibil tradițional nu necesită crearea unei infrastructuri complexe pe uscat (spre deosebire de generatoarele electrochimice); durata de viață a motoarelor moderne Stirling este de 20...50 mii de ore, ceea ce este de 3...8 ori mai lungă decât durata de viață a celulelor de combustibil (aproximativ 6 mii de ore); cu o durată de funcționare a submarinului de aproximativ 25...30 de ani, utilizarea motoarelor Stirling va reduce numărul necesar de submarine cu 35...40% față de numărul necesar de bărci cu generatoare electrochimice (datorită fiabilității mai mari).

Potrivit unui număr de experți străini și interni, motorul Stirling este cel mai competitiv tip de motor pentru centralele anaerobe ale submarinelor nenucleare, datorită avantajelor de mai sus. Mai mult decât atât, dacă astăzi se dezvoltă instalații care cresc autonomia subacvatică la 30...45 de zile în moduri de propulsie economică, atunci în viitorul apropiat motorul Stirling poate fi considerat ca o singură sursă de energie în toate modurile, oferind atât propulsie subacvatică, cât și propulsie de suprafață. pe întreaga gamă de sarcină.

Avantajele motoarelor Stirling în comparație cu alte convertoare de energie cu ciclu direct ne permit să-l recomandăm ca motor universal pentru toate tipurile de submarine nenucleare de cilindree mică, medie și mare.

Marina rusă este interesată să creeze submarine cu centrale anaerobe pentru a fi utilizate în Marea Baltică și Marea Neagră, unde utilizarea navelor cu propulsie nucleară este exclusă din motive politice. Nevoia totală a Marinei pentru astfel de submarine este de aproximativ 10-20 de unități. În viitorul apropiat, piața internațională de arme va deveni o piață foarte mare pentru submarinele nenucleare cu motoare Stirling, unde începând din 2005. Există o creștere constantă a cererii pentru astfel de submarine din țările din America Latină, Asia de Sud-Est, Orientul Apropiat și Mijlociu. În general, nișa de piață aproximativă este de la 300 la 400 de submarine cu un cost mediu al submarinelor de aproximativ 300...400 de milioane de dolari.

În prezent, submarinele nenucleare fac parte din 30 de flote ale țărilor străine. Având în vedere că durata de viață a acestor bărci este estimată la aproximativ 30 de ani și faptul că majoritatea dintre ele au fost construite cel târziu la sfârșitul anilor optzeci ai secolului trecut, ne putem aștepta ca din 2010 multe dintre țările enumerate să se gândească la achiziționarea de noi submarine non-nucleare în loc de nave învechite care și-au epuizat resursele.

„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). Cercetările 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.

MOSCOVA, 23 august – RIA Novosti, Andrey Kots. Submarinele diesel-electrice (DES) sunt indispensabile în zonele de coastă și de apă mică, unde omologii lor mai grei cu propulsie nucleară nu pot ajunge întotdeauna. Submarinele rusești moderne diesel-electrice sunt arme formidabile și versatile, dar în comparație cu submarinele nucleare au un dezavantaj serios. Dacă un submarin cu propulsie nucleară este capabil să stea sub apă atâta timp cât se dorește până când hrana se epuizează, atunci submarinele diesel sunt forțate să iasă periodic la suprafață pentru a-și încărca bateriile cu generatoare. Cu toate acestea, datorită centralelor electrice independente de aer (VNEU), unele motoare diesel moderne se pot descurca fără acest lucru.

Fără urcare

Orice submarin, indiferent de design, deplasare, armament și pregătire a echipajului, este lipsit de apărare la suprafață, ca un pisoi în fața unei haite de câini. Barca nu are artilerie navală semnificativă capabilă să respingă bărcile de mare viteză ale echipelor de îmbarcare inamice. Nu va putea lupta împotriva unui atac al aeronavelor antisubmarine sau al rachetelor antinavă. Și chiar dacă reușește să se scufunde urgent, este puțin probabil să scape de „bătătorii” care i-au determinat deja coordonatele cu precizie. În timp de pace, acest lucru amenință să perturbe „autonomia”. În armată - moartea bărcii și a echipajului acesteia.

Motoarele unui submarin nenuclear sunt antrenate de baterii reîncărcabile, a căror încărcare durează maximum patru zile dacă submarinul se mișcă cu o viteză de până la cinci noduri. Dacă se dă comanda „Viteză maximă înainte!”, bateriile se vor descărca în câteva ore. Încărcarea lor maximă cu generatoarele diesel la bord durează aproximativ două zile; aceasta necesită oxigen, astfel încât barca este forțată să plutească. Desigur, puteți utiliza modul de funcționare a motorului subacvatic (SMO). În acest caz, submarinul ridică o țeavă de snorkel deasupra suprafeței apei, prin care curge aerul. Cu toate acestea, metoda, care a fost folosită în mod activ la mijlocul secolului trecut, astăzi crește semnificativ probabilitatea de a detecta un submarin prin radar inamic, infraroșu, mijloace optic-electronice și acustice.

Un motor independent de aer sau anaerob nu necesită acces direct la atmosferă. În prezent, există patru tipuri principale de VNEU în lume: motor diesel cu ciclu închis, motor Stirling, celule de combustibil (generator electrochimic) și unitate cu turbină cu abur cu ciclu închis. Acestea trebuie să îndeplinească următoarele cerințe: nivel scăzut de zgomot, generare scăzută de căldură, caracteristici de greutate și dimensiune acceptabile, ușurință și siguranță în funcționare, durată lungă de viață și cost redus.

Este important de menționat că tehnologia de producție a VNEU este foarte complexă și necesită cunoștințe. Nu sunt multe state în lume care să-l fi stăpânit pe deplin. Marina SUA nu a fost interesată de subiectul VNEU, preferând să transfere întreaga flotă de submarine către energia nucleară. Francezii au urmat aceeași cale și au construit totuși submarine de export de tip Scorpene. Aceste bărci mici sunt alimentate de turbine într-un ciclu închis, folosind etanol și oxigen lichid. Autonomie fără urcare - aproximativ trei săptămâni.

Germanii au adoptat o strategie diferită și la începutul anilor 2000 au introdus o serie de submarine ale proiectului U-212/214. Aceste submarine au o centrală „hibridă”: în modul RDP sau pentru rularea la suprafață, bateriile sunt încărcate de un generator diesel cu o capacitate de 1050 de kilowați. Iar sub apă, pentru o funcționare economică, intră în joc motorul Siemens SINAVY Permasin independent de aer. Este alimentat de o centrală electrică de nouă celule de combustibil cu schimb de protoni, inclusiv rezervoare cu oxigen criogenic și containere cu hidrură metalică. Aceste elemente asigură rotirea elicelor.

Rolul pilelor de combustibil

Astăzi în Rusia nu există submarine diesel-electrice cu o centrală electrică independentă de aer, dar ar trebui să apară în următorii ani. Reprezentanții Ministerului Apărării au declarat în repetate rânduri că primul VNEU va primi submarinele Project 677 Lada. Cu toate acestea, St. Petersburg, care a fost pus în funcțiune, și Kronstadt și Velikiye Luki, care sunt în construcție, sunt încă complet dependente de generatoarele diesel. Dar următoarea barcă a proiectului, care va fi lansată înainte de 2025, va fi deja echipată cu o centrală anaerobă de producție proprie. Majoritatea datelor despre această dezvoltare sunt strict clasificate, dar se știe că proiectarea sa se bazează pe reformarea cu abur cu un generator electrochimic folosind elemente în stare solidă.

„Experimentele cu VNEU au fost efectuate în Uniunea Sovietică”, a declarat pentru RIA Novosti Viktor Murakhovsky, redactor-șef al revistei Arsenal of the Fatherland. „Este destul de dificil să se creeze o nouă centrală electrică pe o bază de elemente moderne care îndeplinește cerințele de astăzi. Anterior, trebuia să furnizeze o componentă oxidantă pentru funcționarea unui motor cu ardere internă. Acum abordarea este diferită - alimentarea centralei electrice cu celule de combustie. Principala tendință globală este o tranziție completă la electricitate. propulsie fără utilizarea generatoarelor diesel. În acest caz, celulele de combustie cu o capacitate mare de energie vor alimenta direct motoarele electrice. Pur și simplu nu va fi nevoie să plutiți în sus."

Biroul de proiectare Rubin, de altfel, și-a anunțat disponibilitatea de a prezenta o centrală electrică independentă de aer pentru submarinele nenucleare în 2021-2022. Și în aprilie a acestui an, un prototip VNEU cu un motor cu turbină cu gaz cu ciclu închis a fost testat cu succes de către Malachite Design Bureau. Noul produs ar trebui să fie folosit în submarinele mici, care până acum există doar sub formă de prototipuri.

Înlocuirea importurilor

"Am dezvoltat o linie de submarine mici cu o deplasare de la două sute la o mie de tone", a declarat pentru RIA Novosti Igor Karavaev, designer principal al Malakhit Design Bureau. "Unul dintre principalele lor avantaje este utilizarea VNEU. Aceste bărci. se vor putea simți confortabil în zonele de strâmtoare, zonele de apă puțin adâncă, porturi și chiar vor putea intra în porturile inamice și bazele navale. Stealth ridicat, dimensiuni reduse și capacitatea de a rămâne sub apă săptămâni întregi fără a ieși la suprafață îi fac agenți de recunoaștere ideali și le permit pentru un atac surpriză asupra navelor și a infrastructurii cheie de coastă”.

Potrivit lui Viktor Murakhovsky, pentru a intra în propria noastră producție în masă de centrale electrice independente de aer și pentru a le instala în masă pe submarine, este necesar să se creeze o rezervă științifică și tehnică gigantică pentru crearea pilelor de combustibil care vor alimenta motoarele electrice. a flotei de submarine. Ca o alternativă mai ieftină și mai simplă, el are în vedere dezvoltarea unor baterii promițătoare de litiu-polimer care funcționează cu o singură „încărcare” mult mai mult decât analogii disponibili în Marina astăzi. "Totuși, se pare că producția lor va trebui să înceapă de la zero, pentru că în Occident nimeni nu ne va vinde astfel de tehnologii. Și dacă o vor face, atunci într-o bună zi s-ar putea să întrerupă pur și simplu aprovizionarea", a adăugat expertul.

cea mai mare centrală diesel compania „Hyundai Heavy Industries” cu o capacitate de 108.900 CP. Cu.

NAVE cu motor

Poveste navă cu motor are șase decenii în urmă, dar navele cu motoare cu ardere internă ocupă deja ferm un loc de frunte în industrie. Acest lucru se explică, în primul rând, prin eficiența ridicată și capacitatea de a construi motoare de diferite puteri de la 100 la 30.000 CP. Cu.

Patria navei este Rusia. În 1896, inginerul german Rudolf Diesel și-a patentat motorul cu ardere internă, iar în 1904, la sugestia savantului rus în construcții navale K.P. Boklevsky, motorul diesel cu ardere internă a fost instalat pe navă " Vandal", construită în 1903. Primul navă cu motor « Vandal„era și o navă diesel-electrică. Transmisia electrică a fost folosită pentru a elimina dificultățile de inversare încă de la primele motoare diesel marine centrale electrice avea rotație într-o singură direcție și nu putea fi comutată de la înainte în înapoi. În 1907, inginerul rus R. A. Koreyvo a inventat un ambreiaj pneumatic, care a făcut mai ușoară inversarea motorului. Ulterior, cuplajul a devenit larg răspândit în întreaga lume. Motorină centrale electrice a luat imediat poziții de conducere în construcțiile navale. Deja în 1914 puterea lor a ajuns la 2500 CP. Cu.

În anii 60, concomitent cu apariția elicelor cu pas controlabil, centralele diesel ireversibile au început să fie folosite ca motor principal, inițial pe nave mici, traulere și remorchere, iar apoi pe marile nave comerciale. Datorită acestui fapt, designul motorului a fost îmbunătățit și simplificat.

CENTRALĂ DIESEL SAU MOTOARE CU ARDERIE INTERNĂ

O centrală diesel este formată din unul sau mai multe motoare principale, precum și din mecanismele care le deservesc. În funcție de metoda de implementare a ciclului de funcționare, motoarele cu ardere internă sunt împărțite în patru timpi și în doi timpi. O creștere suplimentară a puterii se realizează prin supraalimentare. Există un alt principiu pentru împărțirea motoarelor cu ardere internă (ICE) - după frecvența de rotație. Motoarele diesel cu viteză mică, cu o viteză de rotație de 100-150 rpm, acţionează direct sistemul de propulsie al navei. Motoarele cu turație medie sunt numite motoare cu ardere internă cu o viteză de rotație de 300-600 rpm. Ei conduc nava printr-o cutie de viteze.

Pe lângă motorul principal, există încă două auxiliare care antrenează generatoarele. Pentru întreținerea motoarelor principale și auxiliare, se folosesc mecanisme și sisteme auxiliare, precum și un sistem de conducte și supape. Sistemul de alimentare cu combustibil este proiectat pentru a furniza combustibil de la rezervoare la motor. Totodată, pentru reducerea vâscozității, combustibilul este încălzit și curățat în separatoare și filtre de diverse impurități. Sistemul de lubrifiere servește la pomparea uleiului de lubrifiere prin motor pentru a reduce frecarea dintre suprafețele de frecare, precum și pentru a elimina o parte din căldura primită de la motor și pentru a curăța uleiul. Sistemul de răcire este conceput pentru a elimina căldura din motor, care pătrunde în principal prin pereții cilindrilor și are loc în timpul arderii combustibilului, precum și pentru a răci uleiul de lubrifiere care circulă. Acest sistem constă din pompe de apă dulce și de mare, răcitoare de apă și ulei.

centrală diesel

Principiul de funcționare al unui motor cu ardere internă în patru timpi este prezentat în figura 5. Într-un motor în patru timpi, ciclul de lucru se realizează în două ture ale arborelui cotit, adică în patru timpi ale pistonului. Lucrările mecanice se efectuează numai pe parcursul unui ciclu, celelalte trei servesc pentru pregătire. În timpul primei curse, pistonul se deplasează spre arborele cotit. Sub influența vidului rezultat, aerul intră în cilindru prin supapa de aspirație deschisă. În motorină centrală electrică fără supraalimentare, presiunea aerului de admisie este egală cu presiunea atmosferică; într-o centrală diesel supraalimentată, aerul precomprimat este furnizat cilindrului. În timpul celei de-a doua curse, cu supapele de aspirație închise, aerul preintrat în fața pistonului este comprimat, rezultând o creștere a temperaturii și a presiunii. Pompa de amorsare a combustibilului, a cărei antrenare este coordonată cu mișcarea pistonului corespunzător, crește presiunea combustibilului. Când se atinge presiunea necesară, combustibilul este injectat în cilindru prin duză.

Combustibilul este injectat cu puțin timp înainte ca pistonul să ajungă în poziția de sus. Combustibilul injectat și bine atomizat în aer comprimat se încălzește, se evaporă și, împreună cu aerul, formează un amestec fierbinte, cu autoaprindere. A treia lovitură este cea de lucru. În timpul procesului de ardere se formează gaze fierbinți, care provoacă o creștere a presiunii deasupra pistonului. Sub presiunea forței care decurge din presiunea gazelor, pistonul se mișcă în jos, gazele se extind și produc lucru mecanic. În timpul celei de-a patra curse, supapa de evacuare se deschide și gazele de evacuare scapă. În patru timpi unități maritime diesel sunt fabricate ca motoare cu mai mulți cilindri. Sunt proiectate astfel încât cursele de putere să fie distribuite uniform între cilindrii individuali.

Prin supraalimentarea unui motor diesel ne referim la furnizarea de mai mult aer cilindrilor, care este necesar pentru a umple întregul cilindru în timpul cursei de admisie. Scopul boost-ului este de a ajuta la arderea celei mai mari cantități de combustibil într-un singur ciclu de funcționare. Aceasta înseamnă creșterea puterii motorului fără a crește dimensiunea sau viteza acestuia. Supraalimentarea poate fi realizată prin precomprimarea aerului din fața cilindrului. În toate motoarele diesel marine în patru timpi produse centrale electrice Precomprimarea aerului are loc folosind un compresor centrifugal, care este antrenat de o turbină cu gaz care funcționează cu gaze de eșapament diesel.

Motoarele diesel în patru timpi sunt utilizate pe nave fie ca parte a generatoarelor diesel, fie ca motor principal în mai multe arbori centrale electrice(un motor cu ardere internă per unitate de propulsie) și, în consecință, în instalații cu mai multe motoare pentru o unitate de propulsie. Utilizarea centralelor diesel cu viteză medie ca motor principal are următoarele avantaje:

Fiabilitate crescută (dacă un motor se defectează, celelalte continuă să funcționeze);
- reducerea dimensiunilor și greutății proprii a pieselor (supape, pistoane, mecanisme manivelă, rulmenți etc.);
- reducerea greutății specifice, care, în funcție de putere, variază de la 14 la 35 kg/kW (pentru puteri de aproximativ 2200 kW).
Centralele diesel moderne sunt foarte eficiente și fiabile; nu necesită revizii majore de până la 50.000 de ore.

SUPORTURI DIESEL-ELECTRICE

Prima navă diesel-electrică a fost, așa cum am menționat mai sus, nava cu motor rusă " Vandal„, dar navele diesel-electrice nu s-au răspândit. Pierderile în timpul conversiei duble a energiei (mecanică în electrică, iar apoi electrică din nou în mecanică) sunt destul de mari și se ridică la 15%. Dar, în același timp, pentru unii, motorul electric este singura opțiune acceptabilă. Este vorba despre nave cu modificări frecvente ale condițiilor de încărcare ale sistemului de propulsie, nave care necesită calități de manevră sporite, funcționând timp îndelungat cu putere redusă. Astfel de nave sunt spărgătoare de gheață, nave de vânătoare de balene și altele.

TURBINE PE GAZ

Trăsături de caracter unitate cu turbină cu gaz- greutate redusă și dimensiuni reduse, întreținere ușoară și funcționare fără probleme. Unitățile de turbină cu gaz constau dintr-un generator de gaz și o turbină.

Utilizarea turbinelor cu gaz pe nave a fost propusă pentru prima dată de ofițerul rus Nazarov. În 1892, Kuzminsky a creat o unitate de turbină cu gaz. A fost construit în URSS în 1961 propulsie cu turbine cu gaz « Pavlin Vinogradov" Centrala sa electrică a constat din patru generatoare de gaz cu piston liber care produc gaz de lucru pentru o turbină de 3800 CP. s., deplasarea navei a fost de 9080 tone, viteza a fost de 15,6 noduri.

Turbinele cu gaz moderne au o eficiență maximă de aproximativ 29 la sută.

PRINCIPIUL DE FUNCȚIONARE A UNITĂȚILOR DE ENERGIE A TURBINELOR PE GAZ

Astăzi, victoria pare să fie lăsată pe seama motoarelor diesel. În orice caz, peste 50% din tonajul mondial existent sunt nave cu motor. Dar acum numărul navelor gigantice lansate într-un ritm rapid crește etc. Pentru a oferi o viteză dată acestor „nave gigant”, este nevoie de o putere care nu poate fi întotdeauna obținută de motoarele cu ardere internă.

Pentru un motor cu abur cu piston s-a găsit un echivalent sub forma unei unități diesel, în care arderea se realizează direct în cilindrul de lucru și pentru care nu mai este nevoie de un cazan special de abur. Specialiștii care lucrează în domeniul construcției de turbine au reușit să găsească și echivalentul unei turbine cu abur care să poată funcționa cu succes fără un cazan de abur separat. Un astfel de motor - o turbină cu gaz - combină avantajele unei centrale diesel și ale unei turbine cu abur: nu necesită cazane cu abur, iar ca turbină nu conține elemente care efectuează mișcare alternativă (pistoane, tije etc.).

În forma sa cea mai simplă, o turbină cu gaz este un fel de „turbină cu ardere internă” în care aerul este aspirat din atmosferă prin intermediul unui compresor, comprimat cu o presiune de mai multe atmosfere, și trimis într-o cameră de ardere unde uleiul solar, „naval”. ” se ard păcură sau alte tipuri de combustibil ieftin. Gazele formate în timpul arderii, încălzite la o temperatură de 600 - 800° Celsius, rotesc discurile turbinei. Produsele de ardere a combustibilului uzat sunt fie îndepărtate în atmosferă, fie utilizate pentru a încălzi aerul care intră în camera de ardere.

Turbina cu gaz este una dintre centralele foarte promițătoare cu putere mare și greutate redusă. Dezavantajul său, ca și cel al unei turbine cu abur, este imposibilitatea practică a inversării acesteia, drept urmare pe navă trebuie prevăzută o turbină inversă separată. Cu toate acestea, odată cu apariția elicelor cu pas reglabil și a elicelor auxiliare situate în prova navei, problema marșarierului și a manevrelor a devenit considerabil simplificată, deoarece la o anumită poziție a palelor elicei, turbina înainte poate determina mișcarea navei. înapoi. Un dezavantaj mai serios al turbinei cu gaz este eficiența sa scăzută, aproximativ 30 la sută și consumul de combustibil relativ ridicat. Dar există încă toate motivele să presupunem că este mai economic unități cu turbine cu gaz vor găsi cea mai largă răspândire.

Principiul de funcționare al unui compresor cu turbină cu gaz este prezentat în Figura 6. Principiul de funcționare al unei centrale electrice cu turbină cu gaz este prezentat în Figura 7.

Principiul de funcționare al unui compresor cu turbină cu gaz

principiul de funcționare al unei turbine cu gaz

Motoarele cu turbine cu gaz sunt instalate în principal pe nave navale. Pe navele comerciale nu și-au dovedit valoarea - astăzi turbinele cu gaz sunt folosite doar pe un număr mic de nave. Motivele pentru scăderea interesului pentru acest tip de motor sunt eficiența scăzută, consumul destul de mare de combustibil și temperatura ridicată de funcționare, ceea ce necesită utilizarea de materiale de înaltă rezistență și scumpe. Avantajele unui motor cu turbină cu gaz includ dimensiuni de gabarit reduse în comparație cu puterea obținută și greutatea proprie redusă. Turbinele cu gaz pot fi utilizate și ca motoare principale și auxiliare pe sau.

rotorul turbinei

NUCLEAR SHIFT

Succesele științei moderne în utilizarea energiei atomice au făcut posibilă utilizarea unui nou tip de combustibil în flotă - nuclear. În 1956, primul spărgător de gheață cu propulsie nucleară „Lenin” a fost lansat în URSS. Alegerea unui spărgător de gheață pentru a instala un reactor nuclear pe el nu a fost întâmplătoare. Acest tip poate lua combustibil pentru cel mult 40 de zile de navigație; combustibilul nuclear permite unei nave cu propulsie nucleară să opereze în gheața arctică fără a reumple rezervele de combustibil pentru mai mult de un an.

Dar primele, și poate singurele nave comerciale cu nucleare centrală electrică nave de marfă-de pasageri din oțel" Savannah"construit în 1964," Otto Hahn" - 1968, " Mutsu Japonia„- 1970 și - 1988.

navă cu propulsie nucleară Savannah

« Savannah» - marfă-pasager spărgător de gheață cu propulsie nucleară, construit la șantierul naval " Construcția navală din New York", STATELE UNITE ALE AMERICII. Costul vasului a fost de 46,9 milioane de dolari, din care 28,3 milioane a fost costul reactorului. Construcția a fost finanțată de guvernul SUA ca un proiect pentru a demonstra capacitățile energiei nucleare. Nava a fost lansată pe 21 iulie 1959 și a servit între 1962 și 1972.

Caracteristicile tehnice ale navei de marfă și pasageri "Savannah":
Lungime - 181,6 m;
Latime - 23,7 m;
Deplasare - 13599 tone;
Centrală electrică - 1 reactor nuclear;
Putere - 20300 CP;
Viteza - 24 de noduri;

Echipaj 124 persoane;
Număr de pasageri - 60 persoane;
Capacitate de marfă - 8500 tone;

navă cu propulsie nucleară „Otto Hahn”

În Germania a început proiectarea unei nave comerciale și de cercetare pentru a determina fezabilitatea utilizării energiei nucleare în flota civilă. Navă « Otto Hahn"a fost fondată în 1963 de către companie" Howaldtswerke-Deutsche Werft» în orașul Kiel. Lansarea a avut loc în 1964. Navă a fost numit după Otto Hahn, un radiochimist remarcabil german și laureat al Premiului Nobel, care a descoperit izomerismul nuclear și fisiunea uraniului. În 1968, reactorul nuclear al navei a fost lansat și au început testele pe mare. În octombrie același an" Otto Hahn" a fost certificat ca .

Caracteristicile tehnice ale navelor de marfă și pasageri „Otto Hahn”:
Lungime - 172,0 m;
Latime - 23,4 m;
Deplasare - 25.790 tone;
Centrală - 1 reactor nuclear, 38 MW;
Viteza - 29 noduri;
Autonomia de navigație - 300.000 mile;
Echipaj - 63 persoane;
Număr de pasageri - 35 persoane;
Capacitate de marfă - 14040 tone;

Avantajele incontestabile includ un consum foarte redus de combustibil și o autonomie de croazieră aproape nelimitată. De exemplu, o navă Otto Hahn„În trei ani nu s-au consumat nici măcar 20 kg de uraniu, în timp ce consumul de combustibil al unei centrale convenționale cu turbină cu abur pe o navă de această dimensiune a fost de 40.000 de tone. În ciuda acestor avantaje, atomic centrale electrice sunt utilizate pe scară largă numai pe navele de război. Este deosebit de avantajos să le folosiți pe submarine mari, care pot rămâne mult timp sub apă, deoarece aerul nu este necesar în reactor pentru a genera energie termică.

PRINCIPIUL DE FUNCȚIONARE A INSTALATIILOR DE ENERGIE NUCLEARĂ

LA centrală electrică navele cu propulsie nucleară includ un reactor, un generator de abur și o unitate de turbină care antrenează sistemul de propulsie al navei. Un reactor este o instalație pentru producerea reacțiilor nucleare în lanț, în timpul cărora este generată energie care este ulterior transformată în energie mecanică. Principiul de funcționare al unui reactor nuclear este prezentat în figura 8.

principiul de funcționare al unui reactor nuclear

Se știe că energia eliberată la utilizarea a 1 kg de uraniu este aproximativ egală cu energia obținută din arderea a 1500 de tone de păcură. Inima unei instalații nucleare este reactorul: în el are loc o reacție nucleară controlată, care are ca rezultat formarea de căldură, care este îndepărtată folosind un lichid de răcire - apă. Apa de răcire radioactivă este pompată într-un generator de abur, unde, datorită căldurii sale, se formează abur din apă neradioactivă. Aburul este direcționat către discuri de turbină, care antrenează turbogeneratoarele alimentate de motoare electrice de propulsie, care rotesc elicele. Aburul evacuat este trimis la condensator, unde este transformat înapoi în apă și pompat în generatorul de abur. Principiul de funcționare al unei centrale nucleare este prezentat în Figura 9.

schema unei centrale nucleare cu un reactor răcit cu apă sub presiune

Se acordă multă atenție funcționării în siguranță a unei instalații nucleare, deoarece oamenii de pe navă sunt într-o oarecare măsură expuși pericolului radiațiilor radioactive, prin urmare reactorul nuclear este izolat de mediu printr-un ecran de protecție care nu permite razele radioactive dăunătoare. a trece prin. De obicei se folosesc ecrane duble. Scutul primar înconjoară reactorul și este realizat din plăci de plumb acoperite cu polietilenă și beton. Ecranul secundar înconjoară generatorul de abur și înglobează întregul circuit primar de înaltă presiune. Acest ecran este realizat în principal din beton cu o grosime de 500 mm până la 1095 mm, precum și plăci de plumb cu o grosime de 200 mm și polietilenă cu o grosime de 100 mm. Ambele ecrane necesită mult spațiu și sunt foarte grele. Prezența unor astfel de ecrane este un mare dezavantaj al centralelor nucleare. Amplasarea unei centrale nucleare pe o navă este prezentată în Figura 10. Un alt dezavantaj, și mai semnificativ, este, în ciuda tuturor măsurilor de protecție, pericolul de contaminare a mediului atât în ​​timpul funcționării normale a centralei din cauza deșeurilor de uzat. combustibil, eliberarea apei de santină din compartimentul reactorului etc. etc. și în timpul accidentelor accidentale de nave și nucleare centrală electrică.

centrală nucleară pe o navă

INSTALELE DE ENERGIE ALTERNATIVE

principiul de funcționare al motorului Stirling

Chiar înainte de al Doilea Război Mondial, constructorii de nave au încercat să creeze pentru submarine un fel de alternativă la o centrală electrică diesel-electrică - așa-numitul motor unic pentru propulsie de suprafață și subacvatică. Din diverse motive, la acea vreme toate aceste încercări nu părăseau stadiul experimental, dar deja în anii 1960 s-au reîntors. Acest lucru a fost cauzat de mai multe motive. În primul rând, Marea Baltică a fost declarată zonă fără energie nucleară, ceea ce înseamnă că țările baltice nu au nave cu centrale nucleare. În al doilea rând, din motive politice, acestea nu pot fi în serviciu cu Germania și Japonia. În al treilea rând, construcția și întreținerea submarinelor nucleare sunt inaccesibile pentru multe țări. Cea mai productivă muncă privind crearea unui singur motor nenuclear a fost în Suedia, Țările de Jos, Marea Britanie și Germania.

Dar, în același timp, pentru unele tipuri de nave, motorul electric este singurul acceptabil. Este vorba despre nave cu modificări frecvente ale condițiilor de încărcare ale sistemului de propulsie, nave care necesită calități de manevră sporite, funcționând timp îndelungat cu putere redusă. Astfel de nave sunt spărgătoare de gheață, remorchere, feriboturi, nave de vânătoare de balene, drage și altele.

Motorul Sterling este un motor cu piston termic cu o sursă externă de căldură, într-un volum închis din care circulă căldură de lucru constantă (gaz), încălzit dintr-o sursă de căldură externă și efectuând lucrări utile datorită expansiunii sale. Principiul de funcționare al motorului Stirling este prezentat în Figura 11.

Spre deosebire de un motor cu ardere internă, motorul Sterling are două cavități în cilindru care variază ca volum - cald și rece. Fluidul de lucru este comprimat în cavitatea rece și intră în cea fierbinte, apoi după încălzire gazul se mișcă în sens opus și intră în cavitatea rece, unde, extinzându-se, produce muncă utilă. Această mișcare bidirecțională a gazului este asigurată de prezența a două pistoane în fiecare cilindru: un piston deplasator care reglează fluxul de gaz și un piston de lucru care efectuează lucrări utile. Volumul cavității fierbinți și al părții superioare a cilindrului este reglat de pistonul deplasator, iar volumul cavității reci situate între ambele pistoane este controlat de mișcarea articulației acestora. Ambele pistoane sunt conectate mecanic și efectuează o mișcare coordonată asigurată de un mecanism special care înlocuiește simultan mecanismul manivelei.

În timpul funcționării motorului, pot fi distinse patru poziții secvențiale principale ale pistoanelor, care determină ciclul de funcționare a motorului:
a) - pistonul de lucru este în poziția cea mai joasă, pistonul deplasator este în poziția cea mai înaltă. În acest caz, cea mai mare parte a gazului se află între ele în spațiul rece (răcire);
b) - pistonul deplasator este în poziția superioară, iar pistonul de lucru se deplasează în sus, comprimând gazul rece (compresie);
c) - pistonul deplasator se deplasează în jos, apropiindu-se de pistonul de lucru și deplasând gaz în cavitatea fierbinte (încălzire);
d) - gazul fierbinte se dilată, efectuând o muncă utilă acționând asupra pistonului de lucru (expansiune). De-a lungul traseului gazului este instalat un regenerator, care ia o parte din căldură atunci când gazul fierbinte trece prin el și o eliberează atunci când se mișcă după răcire și comprimare în direcția opusă.

Prezența unui regenerator permite teoretic creșterea eficienței Motor Stirling până la 70 la sută. Controlul puterii motorului se realizează prin modificarea cantității de gaz. Ca căldură de lucru sunt utilizate gaze cu proprietăți termice ridicate (hidrogen, heliu, aer etc.).

Motoarele Stirling au următoarele caracteristici unice:
- posibilitatea utilizării oricărei surse de căldură (combustibil lichid, solid, gazos și nuclear, energie solară etc.);
- lucrați într-un interval larg de temperatură cu o mică diferență de presiune între compresie și dilatare;
- reglarea puterii prin modificarea cantității de căldură de lucru din ciclu la temperaturi constante ale gazului cel mai ridicat și cel mai scăzut;

Aceste caracteristici oferă Motor sterling față de alte instalații, următoarele avantaje, cum ar fi multicombustibil și toxicitatea scăzută a produselor de ardere a combustibilului; zgomot redus și echilibru bun; eficiență ridicată la moduri de putere redusă. Datorită acestor avantaje, submarinerii suedezi au acordat atenție motorului, transformând ideea în realitate pe un submarin modern al " Gotland" Dar, în timp ce motoarele Stirling sunt comparabile ca eficiență cu motoarele diesel moderne, ele sunt inferioare lor ca putere. Prin urmare, ele pot fi folosite doar pe submarine ca motoare suplimentare la sistemul clasic de propulsie diesel-electric.

CENTRALĂ ANAEROBĂ

Dar cea mai promițătoare direcție s-a dovedit a fi cea asociată cu conversia energiei chimice direct în energie electrică, fără procesul de ardere sau mișcare mecanică, cu alte cuvinte, cu generarea energiei electrice într-un mod silențios. Vorbim de generatoare electrochimice. În practică, această metodă și-a găsit aplicație în germanica modernă. Dispunerea centralei anaerobe este prezentată în Figura 12.

instalație de energie anaerobă pe submarinul U-212

Generatorul electromecanic se bazează pe celule de combustie. În esență, este o baterie reîncărcabilă care se reîncarcă constant. Fizica funcționării sale se bazează pe procesul invers al electrolizei apei, când electricitatea este eliberată atunci când hidrogenul și oxigenul se combină. În acest caz, transformarea energiei are loc în tăcere, iar singurul produs secundar al reacției este apa distilată, care poate fi folosită cu ușurință pe un submarin.

Conform criteriilor de eficiență și siguranță, hidrogenul este stocat în stare legată sub formă de hidrură metalică (un aliaj metalic combinat cu hidrogen), iar oxigenul este stocat sub formă lichefiată în recipiente speciale între carcasele ușoare și durabile ale submarinul. Între catozii de hidrogen și oxigen există membrane electrolitice polimerice de schimb de protoni, care îndeplinesc funcția de electrolit.

Puterea unui element ajunge la 34 kW, iar eficiența centralei este de până la 70 la sută. În ciuda avantajelor evidente ale instalației dezvoltate de celule de combustie, aceasta nu oferă caracteristicile operaționale și tactice necesare ale unui submarin de clasă oceanică, în primul rând în ceea ce privește efectuarea de manevre de mare viteză atunci când urmărește o țintă sau evadează un atac cu torpilă inamic. Prin urmare, submarinele Project 212 sunt echipate cu un sistem de propulsie combinat, în care bateriile sau celulele de combustibil sunt folosite pentru a se deplasa la viteze mari sub apă, iar pentru navigarea la suprafață - un generator diesel tradițional, care include un motor diesel în formă de V cu 16 cilindri. motor și generator de curent alternativ sincron. Generatoarele diesel sunt, de asemenea, folosite pentru reîncărcarea bateriilor, un element tradițional al submarinelor nenucleare. Generatorul electrochimic, format din nouă module de celule de combustibil, are o putere totală de 400 CP. Cu. si asigura deplasarea submarinului in pozitie scufundata cu o viteza de 3 noduri timp de 20 de zile cu niveluri de zgomot sub nivelul zgomotului natural al marii.

UNITATE DE PUTERE COMBINATĂ

Recent, centralele electrice combinate au devenit populare. Inițial, centralele combinate au dat naștere dorinței de a furniza simultan nave de război cu viteză mare pentru luptă și o rază lungă de croazieră pentru operațiuni în zone îndepărtate ale Oceanului Mondial. În special, în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, pe crucișătoarele germane a apărut o combinație de boiler-turbină și centrale diesel. În anii 1960, pe nave au apărut turbinele cu gaz care, datorită eficienței și caracteristicilor de funcționare, nu puteau fi folosite decât pentru scurt timp și la viteze mari. Pentru a compensa acest neajuns, au început să fie combinate cu o centrală electrică cu turbină-cazan (COSAG) sau diesel (CODAG). Ceva mai târziu au apărut așa-numitele turbine cu gaz de propulsie, care necesitau turbine de postcombustie (COGAG). Doar apariția turbinelor cu gaz cu toate modurile a făcut posibilă trecerea la o centrală omogenă cu turbină cu gaz.

posibile combinații de centrale electrice

Există chiar și combinații unice de centrale CODEAG (turbină diesel-gaz cu propulsie completă electrică), care se găsește pe fregata „ Duce» Marina Regală a Marii Britanii. La crearea acestuia, designerii au plecat de la necesitatea de a asigura un nivel de zgomot ultra-scazut la viteze mici atunci cand se foloseste o antena cu sistem hidroacustic remorcat, precum si o trecere rapida de la viteze mici la viteze mari. Instalația include două turbine cu gaz cu o capacitate totală de 31.000 CP. s., două motoare de propulsie DC cu o putere de 2000 CP fiecare. s., încorporat în liniile arborelui elicei și alimentat de patru generatoare diesel cu o capacitate totală de 8100 CP. Cu. O astfel de centrală principală funcționează în patru moduri: viteză mică cu un nivel minim de zgomot cu cutiile de viteze principale oprite; viteză mare când turbinele cu gaz funcționează pe elice prin cutii de viteze împreună cu motoare de propulsie electrice; turație intermediară la funcționarea unei turbine cu gaz pe o elice și a unui motor electric de elice pe o altă elice cu cutia de viteze oprită; manevrarea la utilizarea numai a motoarelor diesel. Elicele funcționează în sens invers numai de la motoare electrice de propulsie.

Numele principale ale centralelor electrice combinate:

COSAG - Turbine combinate cu abur si gaz (turbina cu abur si turbina cu gaz). Instalațiile funcționează împreună.
CODAG - Turbine combinate Diesel și Gaz (diesel și turbină cu gaz). Instalațiile funcționează împreună.
CODOG - Turbine combinate Diesel sau Gaz (diesel sau turbină cu gaz). Unitățile funcționează separat. La viteză mare, partea diesel este oprită.
COGAG - Turbine cu gaz combinate si turbine cu gaz (turbina cu gaz si turbina cu gaz). Turbinele de susținere și postcombustie lucrează împreună la viteză maximă.
COGOG - Turbine cu gaz combinate sau Turbine cu gaz (turbină cu gaz sau turbină cu gaz). Turbina principală funcționează până la turație maximă, iar la turație maximă funcționează doar post-arzătorul.

Acestea sunt tipurile de centrale electrice care există pe nave și nave din zilele trecute și prezente. Unii dintre ei își trăiesc ultimii ani, unii și-au limitat aria de distribuție în principal la navele de agrement și sport, unele au ajuns la maturitate, altele nu au părăsit încă copilăria, dar toți îndeplinesc aceeași funcție - permit nava să se deplaseze, depășind obstacolele de apă.

Afrikaans Albaneză Arabă Armenească Azerbaiară Belorusă Bulgară Catalană Chineză (simplificată) Chineză (tradițională) Croată Cehă Daneză Detectare limbă Olandeză Engleză Estonă Filipină Finlandeză Franceză Galiză Georgiană Germană Greacă Haitian Creole Ebraică Hindi Maghiară Islandeză Indoneziană Irlandeză Italiană Japoneză Coreană Latină Letonă Lituaniană Macedoneană Malaeză Malteză Norvegiană Persană Poloneză Portugheză Română Rusă Sârbă Slovacă Slovenă Spaniolă Swahili Suedeză Thai Turcă Ucraineană Urdu Vietnameză Galeză Idiș ⇄ Afrikaans Albaneză Arabă Armenă Azerbaiară Belarusiană Bulgară Catalană Chineză (simplificată) Chineză (tradițională) Croată Cehă Daneză Olandeză Engleză Estonă Filipină Finlandeză Franceză Galiză Georgiană Germană Greacă Haitian creolă ebraică hindi maghiară islandeză indoneziană irlandeză italiană japoneză coreeană letonă lituaniană macedoneană malaeză malteză norvegiană persă poloneză portugheză română rusă sârbă slovacă slovenă spaniolă suedeză thailandeză ucraineană urdu vietnameză galeză idiș

engleză (detectată automat) » rusă

În viitorul apropiat, va fi creat în Rusia un prototip marin al unei centrale electrice (VNEU) independentă de aer (anaerobă) pentru submarine nenucleare. Acest lucru a fost anunțat de președintele United Shipbuilding Corporation (USC) Alexey Rakhmanov. Acest motor permite submarinelor să nu fie nevoite să iasă la suprafață pentru a-și reîncărca bateriile. Submarinele cu VNEU se disting prin furtivitate ridicată și zgomot redus, ceea ce reduce probabilitatea detectării lor de către inamic. Submarinele Lada și Kalina vor fi echipate cu instalații anaerobe.

Președintele United Shipbuilding Corporation (USC) Alexey Rakhmanov a declarat că, în viitorul apropiat, specialiștii ruși vor crea un prototip marin al unei centrale electrice (VNEU) independente de aer (anaerobă). De asemenea, unele dintre submarinele Project 667 Lada de a patra generație vor fi echipate cu această unitate de putere.

Lucrările de cercetare privind VNEU au fost finalizate în 2014. În 2016, proiectanții au efectuat o serie de teste la sol, iar la începutul acestui an au testat o machetă a instalației cu motor cu turbină cu gaz. Trei întreprinderi din Sankt Petersburg dezvoltă unitatea energetică: Biroul central de proiectare Rubin, Biroul de proiectare Malachite și Centrul științific de stat Krylov (KGSC).

VNEU elimină un dezavantaj semnificativ al celor moderne. Constă în faptul că submarinele diesel-electrice trebuie să iasă la suprafață destul de des pentru a reumple încărcarea bateriei. Astfel, barca poate fi ușor detectată de aeronavele inamice. O instalație anaerobă permite ambarcațiunii să rămână sub apă între 20 și 45 de zile.

„În submarinele nenucleare, motorina acționează ca un generator de energie pentru motoarele electrice. Cu toate acestea, un motor diesel nu poate funcționa fără aer exterior sau, mai precis, oxigen. Prin urmare, submarinele diesel-electrice sunt nevoite să iasă la suprafață în fiecare zi sau la câteva zile”, a explicat Dmitri Kornev, fondatorul portalului Rusia Militară, într-o conversație cu RT.

Potrivit expertului, un submarin clasic diesel-electric nu se poate deplasa la viteze mari pentru o lungă perioadă de timp și se ascunde de echipamentele moderne de supraveghere. Prin ridicarea la suprafață, un submarin oferă aproape întotdeauna inamicului posibilitatea de a-l detecta.

Hidrogen din motorină

Dezvoltarea VNEU a început în anii 1950 în țările occidentale și ceva mai târziu în URSS. Cercetările științifice și tehnice s-au concentrat pe studierea capacităților „motoarelor Stirling” independente de aer (un tip de motor cu ardere externă. - RT).

Cu toate acestea, timp de câteva decenii, oamenii de știință nu au putut obține rezultate practice din cauza complexității și a costului ridicat de operare a unor astfel de unități. La sfârșitul anilor 1980, specialiștii suedezi au obținut succes prin crearea primului submarin cu un VNEU care funcționează eficient.

În anii 1990, compania Kockums Submarine System a construit trei submarine mici din clasa Gotland, echipate cu instalații anaerobe. Cu toate acestea, producția lor în masă nu s-a dezvoltat. În 2000, Marina Germană și Forțele japoneze de autoapărare au achiziționat un motor independent de aer.

• Suprafața unui submarin rusesc
• function.mil.ru

Kornev sugerează că VNEU-ul rus îi poate depăși pe omologii săi străini. În special, pentru a genera energie electrică, instalația anaerobă casnică folosește hidrogen înalt purificat, care este produs din motorină. În același timp, rezervele de hidrogen din străinătate sunt încărcate la bordul submarinelor înainte de a pleca la mare.

La forumul Armata-2017, Institutul Central de Cercetare de Inginerie și Tehnologie Electrică Marină (parte a Centrului de Cercetare de Stat Kazan) a prezentat un eșantion de baterie bazat pe celule cu combustibil solid BTE-50K-E. Această baterie este unul dintre cele mai importante elemente ale VNEU. Bateria face parte din module de energie cu o capacitate de 250-450 kW.

„În ultimii ani, bateriile au fost îmbunătățite activ, devin mai încăpătoare și mai compacte. De exemplu, în prima jumătate a lunii octombrie, în Japonia a fost lansată o barcă cu baterii litiu-ion. Japonezii se așteaptă ca durata șederii sub apă să fie comparabilă cu ceea ce este capabil VNEU”, a spus Kornev.

În același timp, așa cum a remarcat interlocutorul lui RT, acum este dificil de prezis cât de reușit va avea experimentul Marinei Japoneze. Potrivit lui Kornev, este foarte probabil ca cele mai recente modele de baterii să fie folosite mult timp pentru a crește capacitățile VNEU.

„strategic și multifuncțional”

Instalația anaerobă rusă este în curs de dezvoltare ca parte a proiectului submarinului nenuclear Kalina. Pe 16 octombrie, Alexey Rakhmanov a spus că USC este gata să pună la punct un submarin de generația a cincea de îndată ce primește ordinul corespunzător de la Ministerul Apărării.

Anterior, managerul de top a subliniat că Kalina „va fi o barcă complet diferită în ceea ce privește câmpurile fizice”. Potrivit acestuia, va fi „strategic și multifuncțional într-o serie de elemente cheie”. Se presupune că baza armelor de lovitură ale submarinului de generația a cincea va fi sistemul de rachete hipersonice Zircon.

În prezent, cel mai modern submarin non-nuclear al Marinei este dezvoltat de Biroul Central de Proiectare Rubin. Astăzi, submarinul Sankt Petersburg este în exploatare de probă, în timp ce Kronstadt și Velikiye Luki sunt planificate să fie transferate în flotă în 2019, respectiv 2021. Construcția a încă două submarine este inclusă în programul de armare de stat (GPV) până în 2027. A șasea Lada ar trebui să primească VNEU.

Într-o conversație cu RT, doctor în științe militare, căpitanul de rezervă 1st rang Konstantin Sivkov a sugerat că Kalina este dezvoltată pe baza Lada, care aparține celei de-a patra generații de submarine nenucleare. Potrivit acestuia, astăzi VNEU este „creat virtual” și, prin urmare, industria este pregătită să producă cele mai noi submarine.

„Informațiile despre acest proiect sunt clasificate. Dar designerii noștri vor lua cu siguranță ce este mai bun de la submarinele generațiilor anterioare, în primul rând de la Lada. Va fi o barcă cu zgomot redus și aproape invizibilă pentru inamic. Apariția Kalinei în Marina va face posibilă realizarea pe deplin a potențialului de luptă al componentei non-nucleare a flotei de submarine”, este încrezător Sivkov.

• Submarinul Proiect 677
• function.mil.ru

Dmitri Kornev a spus că, cel mai probabil, Kalina va fi destul de diferită de predecesorii săi. Pe lângă unitatea anaerobă, submarinul va fi echipat cu baterii și echipamente electronice mai avansate. În ceea ce privește dimensiunile și o serie de alte caracteristici, submarinul va depăși vizibil Lada.

„În țara noastră, submarinele cu cocă dublă au fost construite în mod tradițional: pe lângă o carenă internă durabilă, au una ușoară permeabilă la apă. Acest design crește capacitatea de supraviețuire în caz de deteriorare, dar reduce flotabilitatea și zgomotul redus. Cu o mare probabilitate, Lada va fi cu o singură cocă, iar acesta este un pas înainte fără îndoială”, a spus Kornev.

Expertul consideră că instalația anaerobă va permite celor mai noi submarine rusești să îndeplinească mai eficient sarcini atât la adâncimi mici (în Marea Neagră, Baltică, Marea Mediterană), cât și în Oceanul Mondial. Potrivit lui Kornev, capacitățile lor de luptă vor fi mai apropiate de modelele atomice mai scumpe și mai puternice.

„Desigur, este puțin probabil ca Kalina să patruleze coasta SUA. Dar ambarcațiunile cu VNEU sunt destul de capabile să urmărească mișcarea flotei de submarine nucleare a inamicului, oferind acces la ocean crucișătoarelor noastre strategice și efectuând o gamă largă de alte misiuni de luptă, inclusiv distrugerea forțelor mari de suprafață și a țintelor terestre”, Kornev. încheiat.