Vneu princip djelovanja. „Borbeni potencijal nuklearne flote“: kako će nove elektrane ojačati snagu ruskih podmornica. Uloga gorivnih ćelija

Stirlingov motor, čija je načela rada kvalitativno različita od uobičajenih za sve motore s unutarnjim izgaranjem, nekad je činila potonji vrijedan konkurencije. Međutim, neko vrijeme su zaboravili na njega. Kako se ovaj motor danas koristi, koji je princip njegova rada (u članku možete pronaći i crteže Stirlingovog motora koji jasno pokazuju njegovo djelovanje) i kakve su izglede za buduću uporabu pročitajte u nastavku.

Priča

Roberta Stirlinga je 1816. patentirao u Škotskoj, danas imenovan u čast svog izumitelja. Prvi motori vrućeg zraka izumljeni su prije njega. Ali Stirling je uređaju dodao sredstvo za čišćenje koje se u tehničkoj literaturi naziva regenerator, odnosno izmjenjivač topline. Zahvaljujući njemu, rad motora se povećavao održavajući uređaj zagrijanim.

Motor je prepoznat kao naj izdržljiviji parni stroj koji je tada bio dostupan, jer nikada nije eksplodirao. Prije njega, na drugim se motorima često javljao takav problem. Unatoč brzom uspjehu, početkom dvadesetog stoljeća razvoj je napušten, budući da je postao manje ekonomičan u usporedbi s ostalim motorima s unutarnjim izgaranjem i elektromotorima koji su se pojavili u to vrijeme. Međutim, Stirling se i dalje koristi u nekim industrijama.

Motor s vanjskim sagorijevanjem

Princip rada svih toplinskih motora je da su za dobivanje plina u proširenom stanju potrebne veće mehaničke sile nego kod hladnog komprimiranja. Da biste to pokazali, možete provesti eksperiment s dvije posude napunjene hladnom i toplom vodom, kao i bocom. Potonji se umoči u hladnu vodu, zatrpa plutom, a zatim prebaci u vruću. U tom će slučaju plin u boci početi obavljati mehaničke radove i istiskivati \u200b\u200bplutu. Prvi motor s vanjskim izgaranjem u potpunosti se temeljio na ovom procesu. Međutim, kasnije je izumitelj shvatio da se dio topline može iskoristiti za grijanje. Dakle, produktivnost se značajno povećala. Ali ni to nije pomoglo da se motor raširi.

Kasnije je Erickson, švedski inženjer, poboljšao dizajn tako što je predložio hlađenje i grijanje plina pod konstantnim tlakom umjesto volumena. Zbog toga su se mnoge kopije počele koristiti za rad u rudnicima, na brodovima i u tiskarnicama. Ali za posade su bile preteške.

Philips motori s vanjskim sagorijevanjem

Slični motori su sljedećih vrsta:

pare;
parna turbina;
Stirling.

Potonji tip nije razvijen zbog niske pouzdanosti i preostalih, ne i najviših pokazatelja u usporedbi s ostalim vrstama jedinica koje su se pojavile. Međutim, 1938. godine Philips je nastavio s radom. Motori su počeli služiti za pogonske generatore u neelektrificiranim područjima. Godine 1945. inženjeri tvrtke ustanovili su da se koriste na suprotan način: ako se osovina odmotava s električnim motorom, tada hlađenje glave cilindra doseže minus sto devedeset stupnjeva Celzija. Tada je odlučeno da se poboljšani Stirlingov motor koristi u rashladnim jedinicama.

Princip rada

Motorno djelovanje sastoji se u radu na termodinamičkim ciklusima u kojima se kompresije i ekspanzije događaju na različitim temperaturama. Istodobno se regulira protok radnog fluida zbog promjene volumena (ili tlaka, ovisno o modelu). Ovo je princip rada većine ovih strojeva koji mogu imati različite funkcije i sheme dizajna. Motori mogu biti klipni ili okretni. Strojevi s njihovim instalacijama rade kao toplinske pumpe, hladnjaci, generator tlaka i tako dalje.

Pored toga, postoje motori otvorenog ciklusa u kojima se regulacija protoka provodi kroz ventile. Nazivaju ih motori Erickson, pored općeg imena Stirling. U motoru s unutarnjim izgaranjem korisni se radovi obavljaju nakon preliminarnog komprimiranja zraka, ubrizgavanja goriva, zagrijavanja dobivene smjese pomiješane sa sagorijevanjem i širenjem.

Stirlingov motor ima isti princip rada: kompresija se javlja pri niskoj temperaturi, a ekspanzija pri visokoj temperaturi. Ali zagrijavanje se provodi na različite načine: toplina se dovodi kroz zid cilindra izvana. Stoga je dobio naziv motora s vanjskim sagorijevanjem. Stirling je povremeno mijenjao temperaturu s klipom za premještanje. Potonji prebacuje plin iz jedne šupljine cilindra u drugu. S jedne strane je temperatura stalno niska, a s druge visoka. Kada se klip pomiče gore, plin prelazi iz vruće u hladnu šupljinu, a dolje - vraća se na vruće. Prvo, plin daje puno topline hladnjaku, a zatim on prima onoliko od grijača koliko je dao. Između grijača i hladnjaka postavlja se regenerator - šupljina ispunjena materijalom u koji plin odvodi toplinu. U obrnutom toku, regenerator ga vraća.

Sustav pogonskog goriva povezan je s radnim klipom koji stlači plin na hladnom i omogućava mu da se širi toplinom. Zbog kompresije na nižoj temperaturi dolazi do korisnog rada. Cijeli sustav prolazi kroz četiri ciklusa s isprekidanim pokretima. Mehanizam radilice osigurava kontinuitet. Stoga se ne opažaju oštre granice između faza ciklusa, a Stirling se ne smanjuje.

S obzirom na sve gore navedeno, zaključak sugerira sam da je ovaj motor klipni stroj s vanjskom opskrbom toplinom, gdje radni fluid ne napušta zatvoreni prostor i ne zamjenjuje se. Crteži Stirlingovog motora dobro prikazuju uređaj i njegov princip rada.

Pojedinosti o radu

Sunce, električna energija, nuklearna energija ili bilo koji drugi izvor topline mogu dovoditi energiju za Stirlingov motor. Princip njegovog tijela je uporaba helija, vodika ili zraka. Idealni ciklus ima toplinsku najveću moguću učinkovitost jednaku trideset do četrdeset posto. Ali s učinkovitim regeneratorom moći će raditi s većom učinkovitošću. Regeneriranje, grijanje i hlađenje omogućuju integrirani izmjenjivači topline bez ulja. Treba napomenuti da motor treba vrlo malo podmazivanja. Prosječni tlak u cilindru obično je od 10 do 20 MPa. Stoga je ovdje potreban odličan sustav brtvljenja i mogućnost ulaska ulja u radne šupljine.

Uporedna karakteristika

Većina današnjih motora ove vrste koristi tekuće gorivo. U isto vrijeme, kontinuirani tlak se lako kontrolira, što pomaže smanjiti emisiju. Odsutnost ventila osigurava tihi rad. Snaga i masa usporedivi su s turbo motorima, a specifična snaga primljena na izlazu jednaka je dizelskoj jedinici. Brzina i zakretni moment neovisni su jedni o drugima.

Trošak proizvodnje motora puno je veći od troškova motora s unutarnjim izgaranjem. Ali tijekom rada dobiva se suprotan pokazatelj.

Prednosti

Bilo koji model Stirlingovog motora ima brojne prednosti:

Učinkovitost modernog dizajna može doseći i do sedamdeset posto.
Motor nema sustav za paljenje visokog napona, bregasto vratilo i ventile. Neće ga trebati regulirati tijekom cijelog razdoblja rada.
U Stirlingu ne postoji takva eksplozija kao u ICE-u, koja jako opterećuje radilicu, ležajeve i šipke za spajanje.
Nemaju takav učinak kad kažu da je "motor zastao".
Zbog jednostavnosti uređaja, može se dugo upravljati.
Može raditi i na drva, i s nuklearnim i bilo kojim drugim vrstama goriva.
Izgaranje se događa izvan motora.

mane

primjena

Trenutno se Stirlingov motor s generatorom koristi u mnogim područjima. Univerzalni je izvor električne energije u hladnjacima, pumpama, podmornicama i solarnim elektranama. Zahvaljujući korištenju raznih vrsta goriva, postoji mogućnost njegove široke uporabe.

preporod

Ovi motori počeli su se ponovo razvijati zahvaljujući Philipsu. Sredinom dvadesetog stoljeća potpisala je ugovor s General Motorsom. Vodila je razvoj za upotrebu Stirlinga u svemirskim i podvodnim uređajima, na brodovima i automobilima. Nakon njih, još jedna kompanija iz Švedske, United Stirling, počela se baviti njihovim razvojem, uključujući moguće korištenje

Danas se Stirlingov linearni motor koristi u instalacijama podvodnih, svemirskih i solarnih vozila. Veliko zanimanje za njega uzrokuje relevantnost pitanja degradacije okoliša, kao i borbe protiv buke. U Kanadi i SAD-u, Njemačkoj i Francuskoj, kao i Japanu, aktivno se traži razvoj i poboljšanje njegove uporabe.

Budućnost

Očigledne prednosti koje imaju klip i Stirling, a sastoje se od dugog radnog vijeka, upotrebe različitih goriva, bez buke i male toksičnosti, čine ga vrlo perspektivnim na pozadini motora s unutrašnjim sagorijevanjem. Međutim, s obzirom na činjenicu da su ICE-i bili poboljšani kroz cijelo vrijeme, to nije moguće lako pristraniti. Ovako ili onako, upravo takav motor danas zauzima vodeće mjesto, a ne namjeravam ih predati u skoroj budućnosti.

MOSKVA, 23. kolovoza - RIA Novosti, Andrey Kots. Dizel-električne podmornice (DEPL) neophodne su u obalnim i plitkim područjima, gdje njihovi teži atomski paneti ne mogu uvijek ići. Suvremene ruske dizel-električne podmornice izrazito su i univerzalno oružje, ali imaju jedan ozbiljan nedostatak u usporedbi s nuklearnim podmornicama. Ako je plovilo s nuklearnim pogonom sposobno da ostane pod vodom proizvoljno dugo vremena dok ne nestane hrane, tada su dizelske podmornice prisiljene periodično iskakati da bi se baterije napunile generatorima. Međutim, zahvaljujući elektranama neovisnim o zraku (VNEU), neki moderni „dizelski motori“ ne mogu bez njega.

Nema uspona

Bilo koja podmornica, bez obzira na dizajn, premještanje, naoružanje i obuku posade, u položaju iznad vode je bespomoćna, poput mačića ispred čopora pasa. Brod nema značajnu mornaričku artiljeriju koja bi mogla odbacivati \u200b\u200bglisere za ukrcavanje neprijateljskih timova. Neće se moći boriti protiv naleta podmornica ili protubrodskih raketa. Pa čak i ako uspije hitno zaroniti, malo je vjerojatno da će napustiti „batinaše“, koji su već točno odredili njene koordinate. U mirnodopskom vremenu to prijeti narušavanju "autonomije". U vojsci - smrt čamca i njegove posade.

Motori nuklearne podmornice pokreću se baterijama koje traju najviše četiri dana ako podmornica putuje brzinom do pet čvorova. Ako je data naredba "Punom brzinom naprijed!", Baterije će se isprazniti za nekoliko sati. Njihova maksimalna napunjenost u dizelskim generatorima traje oko dva dana, za to je potreban kisik, pa je brod prisiljen da pluta. Naravno, režim rada motora možete koristiti pod vodom (RDP). U tom slučaju podmornica podiže cijev za ronjenje iznad površine vode kroz koju ulazi zrak. Međutim, metoda koja se aktivno koristila sredinom prošlog stoljeća, danas naglo povećava vjerojatnost otkrivanja podmornica neprijateljskim radarima, infracrvenim, optoelektronskim i akustičkim sredstvima.

Nehlapivi ili anaerobni motor ne zahtijeva izravan pristup atmosferi. Trenutno u svijetu postoje četiri glavne vrste VNEU: dizelski motor sa zatvorenim ciklusom, Stirlingov motor, gorivne ćelije (elektrokemijski generator) i parna turbina zatvorenog ciklusa. Moraju zadovoljiti sljedeće zahtjeve: niska razina buke, niska toplina, prihvatljive karakteristike težine i veličine, jednostavnost i sigurnost rada, dugi resurs i niski troškovi.

Važno je napomenuti da je tehnologija proizvodnje VNEU vrlo složena i zahtijeva puno znanja. U svijetu nema mnogo država koje su to u potpunosti savladale. Američka mornarica nije bila zainteresirana za temu VNEU, radije je prebacila cjelokupnu flotu podmornice na nuklearnu energiju. I Francuzi su slijedili isti put, gradeći unatoč tome izvezene podmornice tipa Scorpen. Ovi mali čamci djeluju iz turbina u zatvorenoj petlji koristeći etanol i tekući kisik. Autonomija bez nanošenja - oko tri tjedna.

Nijemci su usvojili drugačiju strategiju i na početku nule predstavili niz podmornica projekta U-212/214. Ove podmornice imaju "hibridnu" elektranu: u režimu rada s razmjernim sposobnostima ili za rad u površinskom položaju, baterije se pune dizelskim generatorom od 1050 kilovata. I pod vodom za ekonomičan potez, Siemens SINAVY Permasin nehlapljivi motor ulazi u igru. Pokreće ga elektrana iz devet protonskih izmjenjivačkih gorivnih ćelija, uključujući spremnike s kriogenim kisikom i spremnike s metalnim hidridom. Ti elementi također omogućuju rotaciju propelera.

Uloga gorivnih ćelija

Danas u Rusiji ne postoje dizel-električne podmornice s termoelektranom neovisnom o zraku, ali bi se trebale pojaviti u narednim godinama. Predstavnici Ministarstva obrane više su puta tvrdili da će prvi VNEU dobiti podmornice projekta 677 Lada. Ipak, pušteni u rad Sankt Peterburg i Kronstadt i Velikiye Luki još uvijek u potpunosti ovise o dizel generatorima. Ali sljedeći brod za projekt, koji će biti predstavljen prije 2025. godine, već će biti opremljen anaerobnom elektranom vlastite proizvodnje. Većina podataka o ovom razvoju strogo je klasificirana, ali poznato je da je osnova njegovog dizajna reformiranje pare s elektrokemijskim generatorom na temelju krutih elemenata.

"Eksperimenti s VNEU provedeni su u Sovjetskom Savezu", rekao je Viktor Murakhovsky, glavni urednik časopisa Arsenal Otadžbe, RIA Novosti. motor s unutrašnjim sagorijevanjem. Sada je pristup drugačiji - napajanje elektrana gorivnim ćelijama. Glavni svjetski trend je potpuni prijelaz na električno kretanje bez upotrebe dis "generatori. U ovom slučaju će gorivne ćelije s velikim energetskim kapacitetom izravno napajati električne motore. Jednostavno nema potrebe za plutanjem."

Usput, Rubin Design Bureau, objavio je spremnost uvesti zračnu elektranu koja ne ovisi o zraku za nuklearne podmornice u 2021-2022. A u travnju ove godine, dizajnerski biro Malakhit uspješno je testirao prototip VNEU s plinskoturbinskim motorom zatvorenog ciklusa. Novost bi se trebala koristiti u malim podmornicama koje do sada postoje samo u obliku modela.

Zamjena uvoza

"Razvili smo liniju malih podmornica, istiskivanja od dvjesto do tisuću tona", rekao je RIA Novosti vodeći dizajner Malakhit Design Bureau-a Igor Karavaev. luke i čak ćete moći ući u neprijateljske luke i mornaričke baze. Visoka ukočenost, mala veličina i mogućnost da tjednima ostanu pod vodom bez naleta na površinu, čine ih idealnim izviđačima i omogućava vam da primijenite štrajk iznenađenja p na brodove i ključnim objektima obalne infrastrukture ".

Prema Viktoru Murakhovskom, za ulazak u vlastitu serijsku proizvodnju elektrana neovisnih o zraku i masovno stavljanje podmornica potrebno je formirati gigantsku znanstvenu i tehničku rezervu za stvaranje gorivnih ćelija koje će napajati elektromotore podmornice. Kao jeftiniju i jednostavniju alternativu smatra razvoj perspektivnih litij-polimernih baterija koje rade na jednom "ponovnom punjenju" mnogo duže od analoga koji su danas dostupni u mornarici. "Međutim, izgleda da će njihova proizvodnja morati početi ispočetka, jer nama takve tehnologije na Zapadu neće prodavati. A ako to uspije, jednog dana će možda jednostavno zatvoriti zalihe", dodao je stručnjak.

Nema uspona

Uloga gorivnih ćelija

Zamjena uvoza

najveća dizelska elektrana hyundai Heavy Industries 108900 l. a.

MOTORNI BRODOVI

Priča motorni brod ima šest desetljeća, ali brodovi s motorima s unutarnjim izgaranjem već su čvrsto u prednosti. To je prije svega zbog visoke učinkovitosti i mogućnosti izrade motora različitog kapaciteta od 100 do 30 000 litara. a.

Rodno mjesto broda je Rusija. 1896. njemački inženjer Rudolf Diesel patentirao je svoj motor s unutarnjim izgaranjem, a 1904., na prijedlog ruskog brodograditelja KP Boklevskog, dizelski motor je instaliran na brod " vandal", Sagrađena 1903. godine. prvo motorni brod « vandal"Bio je i dizelski električni brod. Električni prijenos korišten je za uklanjanje teškoća vožnje unazad, od prvog brodskog dizela elektrane imali rotaciju u jednom smjeru i nije ih bilo moguće prebaciti s naprijed natrag. Godine 1907. ruski inženjer R. A. Koreyvo izumio je pneumatsku spojku koja je olakšala preokret motora. Nakon toga, kvačilo je postalo rašireno u cijelom svijetu. dizel elektrane odmah je zauzeo vodeću poziciju u brodogradnji. Već 1914. godine njihov je kapacitet dosegao 2500 litara. a.

U 60-ima, istodobno s pojavljivanjem podesivih propelera s propelerom, nereverzibilni dizelski agregati počeli su se koristiti kao glavni motor u početku na malim plovilima, kočnicama i tegljačima, a potom i na velikim trgovačkim brodovima. Zbog toga je dizajn motora poboljšan i pojednostavljen.

DIZEL ELEKTRIČNE ENERGIJE ILI UNUTARNJE GORIVO MOTORA

Dizelska elektrana sastoji se od jednog ili više glavnih motora, kao i mehanizama koji ih služe. Ovisno o metodi radnog ciklusa, motori s unutarnjim izgaranjem dijele se na četverotaktne i dvotaktne. Dodatno povećanje snage postiže se pojačavanjem. Postoji još jedan princip razdvajanja motora s unutarnjim izgaranjem (ICE) - u pogledu brzine. Dizel-motori male brzine brzinom 100-150 o / min izravno pokreću brodski pogon. Motori srednje brzine nazivaju se motorima s unutarnjim izgaranjem sa brzinom od 300-600 o / min. Voze brod kroz prijenosnik.

Osim glavnog motora, postoje još dva pomoćna motora koja pokreću generatore u rotaciji. Za servisiranje glavnih i pomoćnih motora koriste se pomoćni mehanizmi i sustavi te sustav cjevovoda i ventila. Sustav goriva dizajniran je za dovod goriva iz spremnika u motor. Da bi se smanjila viskoznost, gorivo se zagrijava i čisti od različitih nečistoća u separatorima i filterima. Sustav podmazivanja koristi se za pumpanje ulja za podmazivanje kroz motor kako bi se smanjilo trenje između površina trljanja, kao i za uklanjanje dijela topline primljene iz motora i za čišćenje ulja. Sustav za hlađenje dizajniran je tako da uklanja toplinu iz motora, koja prodire uglavnom kroz stijenke cilindra i nastaje tijekom izgaranja goriva, kao i za hlađenje cirkulirajućeg mazivog ulja. Ovaj sustav sastoji se od pumpi za svježu i morsku vodu, hladnjaka za vodu i ulje.

dizelska elektrana

Princip rada četverotaktnog motora s unutarnjim izgaranjem prikazan je na slici 5. Kod četverotaktnog motora radni ciklus se vrši u dva okretaja radilice, to jest u četiri hoda klipa. Mehanički rad izvodi se samo tijekom jednog ciklusa, ostala tri služe za pripremu. Pri prvom udaru klip se kreće u smjeru radilice. Pod utjecajem rezultirajućeg vakuuma zrak kroz otvoreni usisni ventil žuri u cilindar. U dizelu elektrana bez pojačavanja, tlak usisnog zraka jednak je atmosferskom; u dizelskoj elektrani s pojačalom, u cilindar se dovodi prethodno komprimirani zrak. Tijekom drugog hoda sa zatvorenim usisnim ventilima, predzračni zrak ispred klipa se sažima, što povećava temperaturu i tlak. Crpka za punjenje goriva, čiji je pogon koordiniran s kretanjem odgovarajućeg klipa, povećava tlak goriva. Kada se postigne potrebni pritisak, gorivo se kroz mlaznicu ubrizgava u cilindar.

Gorivo se ubrizgava malo prije nego što klip dosegne gornji položaj. Ubrizgano i pažljivo atomizirano gorivo u komprimiranom zraku zagrijava se, isparava i zajedno sa zrakom stvara vruću, samozapaljivu smjesu. Treća mjera je rad. Tijekom procesa izgaranja stvaraju se vrući plinovi koji uzrokuju porast tlaka iznad klipa. Pod pritiskom sile koja nastaje uslijed pritiska plinova, klip se kreće prema dolje, plinovi se šire i stvaraju mehanički rad. Tijekom četvrtog ciklusa, ispušni ventil se otvara i ispušni plinovi izlaze. Četiri udarca brodska dizalica proizvedeno kao višecilindrični motori. Oni su raspoređeni tako da su radni ciklusi ravnomjerno raspoređeni po pojedinim cilindrima.

Pod pojačanjem dizela podrazumijeva se dotok u cilindre više zraka, koji je potreban da bi se cijeli cilindar ispunio usisnim potezom. Svrha pojačanja je olakšati sagorijevanje najveće količine goriva u jednom radnom ciklusu. To znači povećanje snage motora bez povećanja njegove veličine, kao i brzine. Nadopunjavanje se može izvršiti prethodno komprimiranjem zraka ispred cilindra. U svim četverotaktnim brodskim dizel motorima elektrane pred-komprimiranje zraka događa se centrifugalnim kompresorom, koji pokreće plinska turbina koja djeluje na dizel ispušne plinove.

Četverotaktni dizelski motori koriste se na brodovima bilo kao dio dizelskih agregata ili kao glavni motor u više vratila elektrane (jedan ICE po motoru), te u skladu s tim u višemotornim instalacijama za jedan motor. Korištenje dizelskih elektrana srednje brzine kao glavnog motora ima sljedeće prednosti:

Povećanje pouzdanosti (ako jedan motor ne radi, ostali nastave raditi);
- smanjenje dimenzija i mrtve težine dijelova (ventili, klipovi, radilice, ležajevi itd.);
- smanjenje specifične težine, koja se, ovisno o snazi, kreće od 14 do 35 kg / kW (za kapacitete od oko 2200 kW).
Moderne dizelske elektrane vrlo su ekonomične i pouzdane, ne zahtijevaju velike popravke do 50 000 sati.

DIESEL ELECTRICIANS

Prvi dizel-električni brod bio je, kao što je već spomenuto, ruski brod " vandal", Ali dizel-električna vozila nisu široko korištena. Gubici tijekom dvostruke pretvorbe energije (mehaničke u električnu, a zatim opet električnu u mehaničku) su prilično veliki i čine 15 posto. Ali istovremeno, za neke je elektromotor jedini prihvatljiv. To su brodovi s čestim promjenama uvjeta opterećenja pogonskog sustava, brodovi koji zahtijevaju povećane manevarske kvalitete, radeći dulje vrijeme sa smanjenom snagom. Takva plovila su ledolomci, kitovi i neki drugi.

GASNI TURBOKARGI

Istaknute značajke instalacija plinske turbine - mala težina i male dimenzije, lakoća održavanja i rad bez problema. Jedinice za plinske turbine sastoje se od generatora plina i turbine.

Upotrebu plinskih turbina na brodovima prvi je predložio ruski časnik Nazarov. Kuzminski je 1892. stvorio jedinicu za plinske turbine. U SSSR-u je 1961. godine sagrađena plinska turbina « Paun Vinogradov”. Njegova elektrana sastojala se od četiri generatora plinskog klipa koji proizvode radni plin za turbinu od 3800 litara. S., Pomak broda bio je 9080 tona, brzina - 15,6 čvorova.

U modernim plinskim turbinama maksimalna učinkovitost je oko 29 posto.

NAČELO DJELOVANJA PLINOVIH PLANOVA

Do danas je pobjeda, kao da je ostala kod dizelaša. U svakom slučaju, preko 50% postojeće svjetske tonaže čine motorni brodovi. Ali sada broj divovskih brodova koji se lansiraju u vodu brzo raste, i tako dalje. Da bi ovi „divovski brodovi“ postavili zadanu brzinu, potrebni su kapaciteti koje motorima s unutarnjim izgaranjem ne može uvijek postići.

Za povratni parni stroj pronađen je ekvivalent u obliku dizelske instalacije u kojoj se izgaranje izvodi izravno u radnom cilindru i za koju više nije potreban poseban parni kotao. Stručnjaci koji rade na području gradnje turbina također su uspjeli pronaći ekvivalent parne turbine koja bi mogla uspješno funkcionirati bez zasebnog parnog kotla. Takav motor - plinska turbina - kombinira prednosti dizelske elektrane i parne turbine: ne trebaju parni kotlovi, ali poput turbine ne sadrži elemente koji izvode povratno gibanje (klipovi, šipke itd.).

U svom najjednostavnijem obliku, plinska turbina je vrsta "turbine s unutarnjim izgaranjem", u kojoj se zrak usisava iz atmosfere pomoću kompresora, pod pritiskom nekoliko atmosfera i šalje u komoru za izgaranje, gdje se izgaraju solarno ulje, brodsko lož ulje ili druga jeftina goriva. Plinovi nastali izgaranjem, zagrijani na temperaturu od 600 do 800 ° C, rotiraju diskove turbine. Proizvodi sagorijevanja istrošenog goriva se uklanjaju u atmosferu ili koriste za zagrijavanje zraka koji ulazi u komoru za izgaranje.

Plinska turbina jedna je od vrlo perspektivnih elektrana velike snage i male težine. Njegov nedostatak, poput parne turbine, je praktična nemogućnost preokretanja unazad, zbog čega brod mora predvidjeti zasebnu obrnutu turbinu. Međutim, s pojavom propelera podesivog nagiba i pomoćnih propelera smještenih u pramcu broda, problem obrnutosti i manevara bio je primjetno pojednostavljen, jer pri određenom položaju lopatica propelera prednja turbina može reći kretanje plovila prema naprijed. Ozbiljniji nedostatak plinske turbine su njezina niska učinkovitost, oko 30 posto, i relativno visoka potrošnja goriva. Ali postoji svaki razlog da se vjeruje kao ekonomičnije postrojenja za plinske turbine naći će se najrasprostranjenije.

Princip rada plinskog turbina je prikazan na slici 6. Princip rada elektrane na plinske turbine prikazan je na slici 7.

princip rada plinskog turbina supercharger

princip rada plinske turbine

Motori s plinskim turbinama instalirani su uglavnom na brodovima mornarice. Na trgovačkim brodovima nisu se opravdavali - danas se plinske turbine koriste samo na malom broju plovila. Razlozi smanjenog interesa za ovu vrstu motora su niska učinkovitost, prilično velika potrošnja goriva i visoka radna temperatura, što zahtijeva uporabu visokih čvrstoća i skupih materijala. Prednosti motora s plinskim turbinama uključuju male ukupne dimenzije u usporedbi s postignutom snagom i malu mrtvu težinu. Plinske turbine također se mogu koristiti kao glavni i pomoćni motori na ili.

turbinski rotor

ns.

Uspjesi suvremene znanosti u korištenju atomske energije omogućili su upotrebu nove vrste goriva u mornarici - nuklearne. 1956. godine u SSSR je pušten prvi atomski brod "Lenjin". Odabir ledolomaca da na njega postavi nuklearni reaktor nije bio slučajan. Ova vrsta goriva može potrajati više od 40 dana plovidbe, nuklearno gorivo omogućuje atomskom brodu da radi na ledu Arktika bez obnavljanja zaliha goriva više od godinu dana.

Ali prvi, a možda i jedini komercijalni brodovi s nuklearnim elektrana teretno-putnička plovila " Savannah"Sagrađeno 1964. godine" Otto hahn"- 1968." Mutsu japan"- 1970. i - 1988.

brod s nuklearnom elektranom "Savannah"

« Savannah»- teretno-putnički nuklearni brodsagrađena u brodogradilištu New York brodogradnja", SAD. Trošak broda iznosio je 46,9 milijuna dolara, od čega je 28,3 milijuna koštalo reaktor. Izgradnju je financirala američka vlada kao projekt demonstracije sposobnosti nuklearne energije. Brod je lansiran 21. srpnja 1959. i služio je od 1962. do 1972.

Tehničke karakteristike teretno-putničkog broda "Savannah":
Duljina - 181,6 m;
Širina - 23,7 m;
Zamjena - 13599 tona;
Elektrana - 1 nuklearni reaktor;
Snaga - 20300 KS;
Brzina - 24 čvora;

Posada od 124 osobe;
Broj putnika - 60 ljudi;
Kapacitet tereta - 8500 tona;

brod s nuklearnom elektranom "Otto Hahn"

U Njemačkoj je započelo projektiranje trgovačkog i istraživačkog broda kako bi se utvrdila izvedivost korištenja atomske energije u civilnoj floti. brod « Otto hahn"Tvrtka je položena 1963." Howaldtswerke-deutsche werft»U gradu Kielu. Lansiranje je obavljeno 1964. godine. brod Ime je dobio po Otto Hahnu, izvanrednom njemačkom radiokemičaru, nobelovcu koji je otkrio nuklearnu izomeriju i cijepanje urana. 1968. lansiran je brodski nuklearni reaktor i započela su morska ispitivanja. U listopadu te godine " Otto hahn"Ovjerena je kao.

Tehničke karakteristike teretno-putničkih brodova "Otto Hahn":
Duljina - 172,0 m;
Širina - 23,4 m;
Zamjena - 25 790 tona;
Elektrana - 1 nuklearni reaktor snage 38 MW;
Brzina - 29 čvorova;
Autonomija - 300.000 milja;
Posada - 63 osobe;
Broj putnika - 35 ljudi;
Kapacitet tereta - 14040 tona;

Neosporne prednosti uključuju vrlo nisku potrošnju goriva i gotovo neograničen raspon. Na primjer, brod " Otto hahn„Čak tri kilograma urana nisu konzumirane u tri godine, dok je potrošnja goriva konvencionalne elektrane za parne turbine na brodu ove veličine iznosila 40 000 tona. Unatoč ovim prednostima, atomska elektrane naširoko koristi samo na ratnim brodovima. Posebno je korisno koristiti ih na velikim podmornicama, koje mogu biti dugo pod vodom, jer zrak nije potreban za proizvodnju toplinske energije u reaktoru.

NAČELO DJELOVANJA Nuklearnih elektroenergetskih instalacija

K elektrana brodovi s nuklearnim motorom uključuju reaktor, generator pare i turbinsku jedinicu koja pokreće brodski pogon. Reaktor je postrojenje za proizvodnju nuklearnih lančanih reakcija tijekom kojih nastaje energija koja se pretvara u mehaničku energiju. Princip rada nuklearnog reaktora prikazan je na slici 8.

princip rada nuklearnog reaktora

Poznato je da je energija oslobođena upotrebom 1 kg urana približno jednaka energiji dobivenoj izgaranjem 1.500 tona lož-ulja. Srce nuklearne instalacije je reaktor: u njemu se vrši kontrolirana nuklearna reakcija, uslijed koje se stvara toplina, koja se odstranjuje uz pomoć rashladne tekućine - vode. Voda radioaktivne rashladne tekućine pumpa se u generator pare, gdje se zbog svoje topline stvara para iz neradioaktivne vode. Para se usmjerava na turbinske diskove, koji pokreću turbogeneratere koji rade na motorima propelera, a potonji okreću propelere. Ispušna para se šalje u kondenzator, gdje se opet pretvara u vodu i pumpa se u generator pare. Princip rada nuklearne elektrane prikazan je na slici 9.

dijagram nuklearne elektrane s vodenim reaktorom pod pritiskom

Mnogo se pozornosti posvećuje sigurnosti rada nuklearne instalacije, budući da su ljudi na brodu donekle izloženi opasnosti od izlaganja radijaciji, stoga je nuklearni reaktor izoliran iz okoliša zaštitnim ekranom koji ne prenosi štetne radioaktivne zrake. Obično se koriste dvostruki zasloni. Primarni ekran okružuje reaktor i izrađeni su od olovnih ploča s polietilenskim premazom i betonom. Sekundarni ekran okružuje generator pare i zatvara cijeli prvi krug visokog tlaka. Zaslon je uglavnom izrađen od betona debljine od 500 mm do 1095 mm, kao i od olovnih ploča debljine 200 malih i polietilena debljine 100 mm. Oba zaslona zahtijevaju puno prostora i imaju vrlo veliku masu. Prisutnost takvih ekrana veliki je nedostatak nuklearnih elektrana. Položaj nuklearne elektrane na brodu prikazan je na slici 10. Drugi, još značajniji nedostatak je, unatoč svim zaštitnim mjerama, opasnost od onečišćenja okoliša kao tijekom normalnog rada elektrane zbog korištenog otpadnog goriva, ispuštanja kaljužne vode iz reaktorskog prostora i t itd. i tijekom slučajnih brodskih i nuklearnih nesreća elektrana.

brodska nuklearna elektrana

ALTERNATIVNE ELEKTROENERGIJE

princip rada motora Stirling

Još prije Drugog svjetskog rata, brodograditelji su pokušavali stvoriti za podmornice neku vrstu alternative dizel-električnoj elektrani - takozvani pojedinačni motor za površinski i podvodni rad. Iz različitih razloga, u to vrijeme svi ti pokušaji nisu napustili pozornicu eksperimenata, već su se u 60-ima vratili k njima. Za to je bilo nekoliko razloga. Prvo, Baltičko more proglašeno je zonom bez nuklearne energije, što podrazumijeva odsutnost brodova s \u200b\u200bnuklearnim elektranama u baltičkim zemljama. Drugo, iz političkih razloga, takvi ne mogu biti u službi Njemačke i Japana. Treće, izgradnja i održavanje nuklearnih podmornica mnogim zemljama nije pristupačno. Najproduktivnije stvaranje jednog nuklearnog motora radilo je u Švedskoj, Nizozemskoj, Velikoj Britaniji i Njemačkoj.

Ali istodobno je za neke vrste brodova elektromotor jedini prihvatljiv. To su brodovi s čestim promjenama uvjeta opterećenja pogonskog sustava, brodovi koji zahtijevaju povećane manevarske kvalitete, radeći dulje vrijeme sa smanjenom snagom. Takva plovila su ledolomci, tegljači, trajekti, kitovi, drageri i neki drugi.

Stirlingov motor je termički klipni motor s vanjskom opskrbom toplinom, u zatvorenom volumenu u kojem cirkulira konstantna radna toplina (plin), zagrijava se iz vanjskog izvora topline i radi korisne poslove zbog svog širenja. Princip rada Stirlingovog motora prikazan je na slici 11.

Za razliku od motora s unutarnjim izgaranjem, Stirlingov motor ima dvije varijable u cilindru s obzirom na volumen šupljine - vruću i hladnu. Radna tekućina se komprimira u hladnoj šupljini i ulazi u vruću, a zatim se nakon zagrijavanja plin kreće u suprotnom smjeru i ulazi u hladnu šupljinu, gdje, šireći se, čini koristan rad. Takvo dvosmjerno kretanje plina osigurava prisutnost dva klipa u svakom cilindru: pomičnog klipa koji regulira protok plina i radnog klipa koji čini koristan rad. Volumen vruće šupljine i gornjeg dijela cilindra regulira se potisnim klipom, a volumen hladne šupljine koji se nalazi između dva klipa kontrolira se njihovim zajedničkim kretanjem. Oba su klipa mehanički povezana i čine koordinirano kretanje, osigurano posebnim mehanizmom koji istovremeno zamjenjuje radilicu.

Kad motor radi, postoje četiri glavna uzastopna položaja klipa koja određuju radni ciklus motora:
a) - radni klip u najnižem položaju, klip potiskivača u najvišem gornjem položaju. Štoviše, većina plina nalazi se između njih u hladnom prostoru (hlađenju);
b) - klip potiskivača je u gornjem položaju, a radni se klip pomiče prema gore, komprimirajući hladni plin (kompresija);
c) - klip potiskivača kreće se prema dolje, približavajući se radnom klipu i istiskuje plin u vruću šupljinu (grijanje);
d) - vrući plin se širi, radeći koristan rad djelujući na radni klip (ekspanziju). Na putu za plin ugrađen je regenerator, koji uzima dio topline kada vrući plin prolazi kroz njega i daje ga kada se kreće nakon hlađenja i kompresije u suprotnom smjeru.

Prisutnost regeneratora teoretski nam omogućava da učinimo efikasnim sterling motor do 70 posto. Regulacija snage motora postiže se promjenom količine plina. Kao radna toplina koriste se plinovi visokih toplinskih svojstava (vodik, helij, zrak itd.).

Stirling motori imaju sljedeće jedinstvene značajke:
- mogućnost korištenja bilo kojeg izvora topline (tekuće, čvrsto, plinovito i nuklearno gorivo, solarna energija itd.);
- raditi u širokom temperaturnom području s malim diferencijalnim tlakom kompresije i širenja;
- regulacija snage mijenjanjem količine radne topline u ciklusu pri konstantnim višim i nižim temperaturama plina;

Ove značajke pružaju stirlingov motor u odnosu na druge instalacije, slijedeće prednosti, poput više goriva i niske toksičnosti proizvoda izgaranja goriva; niska buka i dobra ravnoteža; visoka učinkovitost u režimima male snage. Zahvaljujući tim prednostima, švedski podmorničari su obratili pozornost na motor, pretvorivši ideju u modernu podmornicu tipa " Gotland”. Ali ako Stirlingovi motori po svojoj učinkovitosti odgovaraju suvremenim dizelskim motorima, onda su im oni po snazi \u200b\u200binferiorniji. Stoga se u podmornicama mogu koristiti samo kao dodatni motori klasičnoj dizel-električnoj elektrani.

ANAEROBNA POGONA ZA SNAGU

No, najperspektivniji smjer pokazao se pretvaranje kemijske energije izravno u električnu energiju, bez procesa izgaranja ili mehaničkog kretanja, drugim riječima, stvaranje električne energije na tih način. Govorimo o elektrokemijskim generatorima. U praksi je ova metoda našla primjenu u modernom njemačkom jeziku. Izgled anaerobne elektrane prikazan je na slici 12.

anaerobna elektrana na podmornici U-212

Elektromehanički generator temelji se na gorivim ćelijama. U stvari, to je punjiva baterija s stalnim punjenjem. Fizika njegovog rada temelji se na povratnom procesu elektrolize vode, kada se generira električna energija kada se vodik kombinira s kisikom. U tom se slučaju energetska transformacija događa tiho, a jedini nusproizvod reakcije je destilirana voda, što je vrlo lako naći primjenu u podmornici.

Prema kriterijima učinkovitosti i sigurnosti, vodik se skladišti u vezanom stanju u obliku metalnog hidrida (metalna legura u kombinaciji s vodikom), a kisik u ukapljenom obliku u posebnim spremnicima između lakog i jakog trupa podmornice. Između katoda vodika i kisika nalaze se polimerne membrane elektrolita za izmjenu protona koje obavljaju funkciju elektrolita.

Snaga jednog elementa doseže 34 kW, a učinkovitost elektrane do 70 posto. Unatoč očitim prednostima razvijene instalacije na gorivne ćelije, ona ne daje potrebne operativne i taktičke karakteristike podmornice klase oceana, prvenstveno u smislu izvođenja manevra velike brzine prilikom ostvarivanja cilja ili izbjegavanja neprijateljskog napada torpedom. Stoga su podmornice projekta 212 opremljene kombiniranim pogonskim sustavom, u kojem se baterije ili gorivne ćelije koriste za kretanje velike brzine pod vodom, te tradicionalnim dizelskim generatorom, koji uključuje 16-cilindrični dizel u obliku slova V i sinkroni alternator. Dizelski generatori također se koriste za ponovno punjenje baterija - tradicionalnog elementa ne-nuklearnih podmornica. Elektrokemijski generator, koji se sastoji od devet modula gorivnih ćelija, ukupnog je kapaciteta 400 litara. a. i omogućuje kretanje podmornice u podvodnom položaju brzinom od 3 čvora tijekom 20 dana s brojevima buke ispod razine prirodne buke mora.

KOMBINIRANE ELEKTROENERGIJE

U posljednje vrijeme kombinirane elektrane postaju popularne. U početku su kombinirane elektrane potaknule želju istovremeno osigurati ratne brodove velikom brzinom za borbu i većim rasponom navigacije za operacije u udaljenim područjima Svjetskog oceana. Konkretno, kombinacija kotlovskih turbina i dizelskih elektrana pojavila se na njemačkim krstaricama Drugog svjetskog rata. Šezdesetih godina prošlog vijeka na brodovima su se pojavile plinske turbine, koje su se, s obzirom na ekonomiju i radne značajke, mogle koristiti samo kratkim vremenima i velikim brzinama. Kako bi nadomjestili taj nedostatak, počeli su se kombinirati s kotlovskom turbinom (COSAG) ili dizelskom (CODAG) elektranom. Nešto kasnije pojavile su se takozvane marširajuće plinske turbine, kojima su bile potrebne turbine za izgaranje (COGAG). Tek je pojava plinskih turbina u svim režimima omogućila prelazak na homogenu elektranu na plinske turbine.

moguće kombinacije elektrana

Postoje čak i jedinstvene kombinacije elektrana CODEAG (dizel-plinska turbina s potpunim električnim pomicanjem), koja se nalazi na fregati " vojvoda»Kraljevska mornarica Velike Britanije. Kad je stvoren, dizajneri su potekli iz potrebe da osiguraju ultra nisku razinu buke pri malim brzinama pri korištenju vučene hidroakustične antene sustava, kao i brzi prijelaz s male na visoku brzinu. Instalacija uključuje dvije plinske turbine ukupne zapremine 31 000 litara. s., dva propelerska istosmjerna motora zapremine 2000 litara. s., ugrađene u liniju propelerskih osovina i djeluje iz četiri dizelska agregata ukupne zapremine 8.100 litara. a. Takva glavna elektrana djeluje u četiri načina: mala brzina s minimalnom bukom kada su glavni mjenjači isključeni; velika brzina tijekom rada plinskih turbina na vijcima kroz prijenosnike zajedno s motorima propelera; srednja brzina tijekom rada jedne plinske turbine po vijku i jednog motora propelera do drugog vijka s isključenim mjenjačem; manevriranje kada se koriste samo dizelski motori. Vijci djeluju obrnuto samo od propelerskih motora.

glavni nazivi kombiniranih elektrana:

COSAG - Kombinirane parne i plinske turbine (parna turbina i plinska turbina). Instalacije rade zajedno.
CODAG - Kombinirane dizelske i plinske turbine (dizel i plinska turbina). Instalacije rade zajedno.
CODOG - Kombinirane dizelske ili plinske turbine (dizel ili plinska turbina). Instalacije rade odvojeno. Pri velikoj brzini, dizelski se dio isključuje.
COGAG - Kombinirane plinske turbine i plinske turbine (plinske turbine i plinske turbine). Turbine na marširanju i zapaljenje pune brzine rade zajedno.
COGOG - Kombinirane plinske turbine ili plinske turbine (plinska turbina ili plinska turbina). Markirajuća turbina radi punom brzinom, a samo pomoćni plamenik radi punom brzinom.

To su vrste elektrana koje postoje na brodovima i brodovima prošlosti i danas. Neki od njih žive u posljednjim godinama, neki su svoju distribuciju ograničili uglavnom na plovila za uživanje i sport, neki su dosegli zrelost, neki još nisu dosegli, ali svi obavljaju istu funkciju - omogućuju kretanje plovila, nadvladavajući vodu barijere.

Afrički albanski arapski armenski azerbejdžanski baskijski bjeloruski bugarski katalonski kineski (pojednostavljeni) kineski (tradicionalni) hrvatski češki danski Otkrivanje jezika nizozemski engleski estonski Filipinski finski francuski galicijski gruzijski njemački grčki haitijski kreolski hebrejski mađarski islandski indonezijski irski japanski korejski latvijski latvijski makedonski malajski malteški norveški Perzijski poljski portugalski rumunjski ruski srpski slovački slovenski španjolski svahili švedski tajlandski turski ukrajinski urdu vijetnamski velški jidiš ⇄ afrikaans albanski arapski armenski azerbejdžanski baskijski bjeloruski bugarski katalonski kineski (pojednostavljeni) kineski (tradicionalni) hrvatski češki danski nizozemski engleski estonski filipinski finski francuski galicijski gruzijski njemački grčki haitijski Kreolski hebrejski hindski mađarski islandski indonezijski irski talijanski japanski korejski latino latvijski litvanski makedonski malajski malteški norveški perzijski poljski portugalski rumunjski ruski srpski slovački slovenski španjolski svahili Švedski tajlandski turski ukrajinski urdu vijetnamski velški jidiš

Engleski (automatski detektiran) »ruski

Suvremene ne-nuklearne podmornice (podmornice) visoko su djelotvorno sredstvo oružane borbe na moru i mobilne su platforme koje mogu nositi raznoliko oružje, kao i odlaziti na duga putovanja u izolaciji od svojih baza. Trenutno se podmornice ruskih i stranih tvrtki u principu malo razlikuju jedna od druge ili su, u svakom slučaju, usporedive u pogledu arhitekture, premještanja, opreme visoko preciznim oružjem, uključujući projektile raznih klasa, sposobne pogoditi bilo koje morske i kopnene ciljeve. Te su podmornice blizu preživljavanja, pouzdanosti, mogućnosti elektroničkog oružja itd.

Međutim, iskustvo pokazuje da je borbena učinkovitost dizelskih podmornica donekle umanjena zbog potrebe za periodičnim punjenjem baterija, što smanjuje prikrivanje njihovih postupaka i povećava vjerojatnost otkrivanja. Dakle, dizelske podmornice dnevno potroše 2 ... 5 sati kako bi napunile baterije. Osim toga, ograničene rezerve energije dizelskih podmornica ne dopuštaju njihovu upotrebu u arktičkim regijama prekrivenim ledom.
Problem povećanja trajanja ronjenja, eliminirajući potrebu za čestim podtapanjem radi punjenja baterija, može se riješiti korištenjem anaerobnih elektrana kapaciteta 100 ... 300 kW, što povećava autonomiju nuklearnih podmornica na 480 ... 720 sati.

U skladu s klasifikacijom koju je prihvatila mornarica zapadnih zemalja, nuklearne podmornice obično se dijele na tri podrazreda:

- klasa "A" - klasične podmornice s dizel-električnom glavnom elektranom (GEM);

- klasa "B" - podmornica s hibridnom elektranom, koja uz dizel-električnu instalaciju, uključuje i dodatni anaerobni (neisparljivi) podsustav;

- klasa "C" - podmornice opremljene samo posebnim anaerobnim GEM-om.

Jedna od prvih podmornica spremnih za borbu s hibridnim elektranama bile su njemačke podmornice s takozvanim "Walterovim turbinama kombiniranih ciklusa" koje djeluju na vodikov peroksid. Njemačke podmornice serije XXVI s Waltherovim turbinama uspjele su razviti podvodnu brzinu do 24 ... 25 čvorova. Brodska opskrba peroksidom bila je dovoljna šest sati pri punoj brzini, a ostatak vremena korištena je konvencionalna dizelsko-električna instalacija i uređaj koji je osigurao rad dizelskog motora na dubini periskopa (disalica). Čamci serije XXVI imali su arhitektonski izgled koji se značajno razlikovao od tradicionalnog, usmjeren na smanjenje otpora u podvodnom položaju. Postali su svojevrsno remek-djelo mornarske tehnologije, iako nisu uspjeli ući u službu i sudjelovati u neprijateljstvima, ali su poslužili kao vrijedan materijal za zemlje pobjednice u poslijeratnoj modernizaciji podmornica.

U Sovjetskom Savezu, uoči Drugog svjetskog rata, eksperimentirali su i s podmornicama opremljenim anaerobnim elektranama. Dakle, četrnaesta podmornica tipa „M“ serije XII (do 1940. zvala se C-92, a potom P-1) ušla je u povijest kao prva sovjetska podmornica s jednim motorom - dizelskim motorom, za čiju uporabu se tekući kisik koristio kao oksidant, čuvaju se na posebno niskoj temperaturi (-180 ° C). Razvoj REDO-a (posebnog regenerativnog pojedinačnog motora) proveden je 1935.-1936. na inicijativu i pod vodstvom S.A. Basilewski.

Podmornica C-92 u testovima 1939. godine dokazala je mogućnost da dizelski motor radi pod vodom u zatvorenoj petlji 5,5 sati snage 185 litara. a.

U srpnju 1946. izdana je uredba Vijeća ministara SSSSR-a o razvoju rada na stvaranju podmornica s "jedinstvenim" motorima. U skladu s uredbom, započet je dizajn eksperimentalne male podmornice Projekta 615, zapremine oko 390 tona, opremljene "jednim" motorom, koji je po dizajnu bio sličan motoru broda Project 95. 1955-1958. 29 tvornica ovog tipa izgrađeno je u tvornicama br. 196 i br. 194. Tijekom rada na brodovima projekta A615 dogodilo se nekoliko teških nesreća. Kako se ispostavilo, nesreće su nastale zbog neprilagođenih značajki elektrane i nedovoljne obučenosti osoblja koje nije htjelo svoje podmornice nazivajući ih "upaljačima".

Drugi od tipova "jednog" motora odabranog za implementaciju bila je već spomenuta turbinska jedinica kombiniranog ciklusa (PSTU) njemačkog dizajnera Waltera. Lenjingradski TsKB-18 u prednacrtu projekta 616 reproducirao je njemački brod serije XXVI. 1947. godine, na području sovjetske okupacijske zone u Njemačkoj, stvoren je poseban dizajnerski biro pod vodstvom A.A. Antipina, koja se bavila obnavljanjem tehničke dokumentacije za postrojenje kombiniranih ciklusnih turbina. Paralelno s tim, TsKB-18 je započeo s projektiranjem podmornice projekta 617 s Državnim tehničkim sveučilištem Perm. U isto vrijeme, svu opremu, osim Permskog državnog tehničkog sveučilišta, planirala je proizvoditi u domaćim tvornicama.

Prema projektu, brod s pomikom od oko 950 tona imao je sposobnost razvijanja podvodne brzine do 20 čvorova za 6 sati.Eksperimentalni brod položen je 5. veljače 1951. u tvornici br. 196, a njegova ispitivanja završena su tek 20. ožujka 1956. U 1956-1959. podmornica C-99 obavila je 98 putovanja na more i prešla je više od 6.800 milja, od čega 315 - s PSTU-om. Dana 17. svibnja 1959. godine na brodu se dogodila teška nesreća: na startu Permskog državnog tehničkog sveučilišta na dubini od 80 m dogodila se eksplozija u odjeljku turbine. Čamac je izašao na površinu i vlastitom snagom došao do baze. Nakon ispumpavanja vode iz odjeljka, utvrđeno je da se nesreća dogodila zbog raspadanja peroksida u kontaktu s prljavštinom koja ulazi u ventil.

Nakon toga, zbog uspjeha u stvaranju nuklearnih podmornica, vodstvo sovjetske mornarice i domaće brodogradnje gotovo su izgubili interes za nuklearne „pojedinačne“ motore za podmornice. Tek su se u prvoj polovici sedamdesetih godina prošlog stoljeća djela u ovom smjeru nastavila nastavljati. Ovog puta pokušao je opremiti podmornicu projekta 613 elektranom s elektrokemijskim generatorom snage 280 kW. Godine 1988. podmornica Katran Project 613E uspješno je prošla opsežne državne testove i potvrdila temeljnu mogućnost stvaranja i korištenja nove energije na učinkovit način. Međutim, raspad Sovjetskog Saveza i kasniji događaji nakon nekoliko desetljeća odbacili su stvaranje domaće podmornice s elektrokemijskim generatorom.

A natjecatelji nisu zazirali

U posljednjem desetljeću 20. stoljeća u Njemačkoj, Švedskoj i Francuskoj stvorene su, testirane i anaerobne elektrane temeljene na Stirlingovim motorima, turbinama s kombiniranim ciklusom i elektrokemijskim generatorima. Dakle, njemačke tvrtke Howaldtswerke-Deutsche Werft GmbH (HDW) i Thyssen Nordseewerke GmbH (TNSW) dizajnirale su i izgradile četiri podmornice tipa 212 (U 31 - U 34, prenesene u flotu u 2005-07). U rujnu 2006. Bundesmarin je naručio još dvije podmornice tipa 212 s rokom isporuke floti u 2012.-2013.

Brod broda tipa 212 ima podvodni pomak 1360 tona, duljinu 53,5 m, širinu 6,8 m i visinu od kobilice do vrha ograde uvlačnih uređaja 11,5 m. U jednom od putovanja U 32 postavio je svjetski rekord u trajanju kretanja u podvodnom položaju upotreba snorkela), koja ostaje potopljena dva tjedna.

Osim njemačke mornarice, talijanski mornari odlučili su nabaviti slične podmornice. Tvrtka Fincantieri pod njemačkom licencom izgrađena je 2005.-2007. dva broda (S526 Salvatore Todaro i S527 Scire). U ožujku 2008. talijanska vlada odlučila je naručiti još dvije podmornice tipa 212.

Nešto modificirani i poboljšani tip njemačke podmornice s elektrokemijskim generatorima je Projekt 214, koji su predložile njemačke tvrtke grčke mornarice. Sa standardnim pomakom od 1700 tona i duljinom od 65 m, brod je sposoban za ronjenje na dubinu od 400 m i nosi naoružanje od osam torpednih cijevi od 533 mm. Grčka vlada naručila je tri čamca ove vrste u Njemačkoj. Pregovori o izgradnji četvrte podmornice Katsonis s datumom završetka 2012. godine uspješno su završeni.

S moćnom brodogradnjom, Južna Koreja je odlučila kupiti licencu u Njemačkoj za izgradnju tri broda tipa 214. Proizvodi ih Hyundai Heavy Industries; prvi brod Admiral Sohn Won-il predan je u flotu u prosincu 2007., a druga dva, Jung Ji i Ahn Jung-geun, trebala bi biti dovršena 2008., odnosno 2009. godine. Trenutno se u Južnokorejskoj vladi raspravlja o izvodljivosti izgradnje još tri podmornice tipa 214. Vrijedne karakteristike čamaca ovog tipa su mogućnost lansiranja krstarećih raketa iz torpednih cijevi ispod vode i prisutnost dva elektrokemijska generatora tipa Siemens PEM kapaciteta 120 kW svaki, što omogućava obavljati kretanje pod vodom brzinom od 3 ... 5 čvorova tijekom dva tjedna.

Francuzi su također pridonijeli stvaranju nehlapljivih elektrana za podmornice. Na primjer, skupina tvrtki koje su dio DCN-ove organizacije za brodogradnju za francusku podmornicu Scorpen (tip Agosta-90B, podvodni pomak od 1760 tona, duljina 67 m) razvila je anaerobni EC tip MESMA za proizvodnju pare (Modul D’Energie Sous Marine Autonome).

Tri podmornice tipa Agosta-90B naručile su pakistanske mornarice 1994. Prve dvije podmornice, Khalid (S137) i Saad (S138), u početku nisu bile opremljene anaerobnim ES; vodeći brod s takvim sustavom bila je treća podmornica - Hamza (S139).
Postoje projekti opremanja podmornica hibridnim elektranama s uključenjem nuklearnih reaktora male snage. Podmornice opremljene malim nuklearnim reaktorima u osnovi će ostati dizel. Tvrtka namjerava ove instalacije isporučiti kao poseban odjeljak, u potpunosti spreman za umetanje u trupe postojećih podmornica ili za montažu onih u izgradnji. Jedna od opcija pretvorbe predložena je za podmornice tipa Victoria.

Možda najimpresivniji rezultati u razvoju anaerobnih biljaka postigao je švedski koncern Kockums Submarin Systems. U francuskoj podmornici Saga i švedskoj podmornici Naecken tipa A14 tijekom procesa modernizacije ugrađeni su Stirling V4-275R motori koji su korišteni kao pomoćni pogonski agregati za ekonomsko podvodno putovanje. Nakon pretvaranja u čvrst brodski brod podmornice Naecken, odmah nakon štitnika kormila napravljen je uložak duljine oko 8 m, s dva Stivlingova motora od 110 kW koji pokreću istosmjerne generatore. Zaliha tekućeg kisika omogućila je brodu Naecken da bude pod vodom bez nanošenja do 14 dana.

Tada je Kockums podmorski sustav poduzeo još impresivniji korak, gradeći 1992-1996. tri podmornice klase Gotland (tip A19). Pogon podmornice uključivao je konvencionalne dizel motore i dva Stirlingova motora V4-275R snage 75 kW. Duljina podmornice je 60,4 m, podvodni pomak 1599 tona.

Šveđani najperspektivniji projekt povezan s obećavajućom podmornicom Viking. Ovo ime nije odabrano slučajno. U projektu bi trebale sudjelovati još dvije skandinavske zemlje - Norveška i Danska. Kokums je u partnerstvu s norveškim i danskim brodograditeljskim kompanijama osnovao konzorcij za praktični rad na projektu. Ukupno je planirana izgradnja 12 podmornica nove generacije. Prema riječima vodećih stručnjaka, ovo bi bila najbolja nuklearna podmornica s početka XXI stoljeća. Planirano je ugraditi unificirani Stirlingov motor velike snage (približno 800 kW). Međutim, danas je sudbina Vikinga pala u ruke europske brodograđevne tvrtke koju kontroliraju njemački koncerni. A oni, naravno, nisu previše zainteresirani za uspjeh Skandinavaca, njihovih izravnih konkurenata.

Iznenada, japanska mornarica priskočila je u pomoć Skandinavcima, koji su 1997. godine lansirali podmornicu S 589 Asashio, na koju su kao pokus bila postavljena dva Stirlingova motora. Nakon završetka testnog ciklusa, japanski su admirali odlučili izgraditi čitav niz podmornica klase Soryu, od kojih bi prva trebala krenuti u pogon u ožujku 2009. Ovi brodovi su puno veći od njemačkih i švedskih (podvodna pomičnost 4200 tona, duljina 84 m, posada 65 ljudi) ,

I na kraju, posljednji od svjetskih sila, Amerikanci su napravili konačni izbor vrste anaerobne instalacije. Njihovo rješenje je nedvosmisleno - Stirlingovi motori. Da bismo to postigli, američka mornarica je 2005. godine iznajmila švedsku podmornicu vrste Gotland, opremljenu pomoćnom ne isparljivom Stirlingovom jedinicom. Prema Jane's Defense Weekly magazinu, podmornica je trebala biti korištena za testiranje protupodmorničkih operacija na brodovima američke mornarice. Brod je dodijeljen mornaričkoj bazi San Diego (Kalifornija), gdje je zapovijedanje protupodmorničkog rata. Imajte na umu da je američka mornarica nedavno počela pokazivati \u200b\u200bpojačanu pozornost protivpodmorničkoj obrani. To je zbog brzog rasta mornaričkih snaga Kineske narodnooslobodilačke vojske i, prije svega, kvantitativnog povećanja i poboljšanja kvalitete kineske podmorničke flote.

Podmornica tipa Gotland također je potrebna Sjedinjenim Državama za razvoj suvremenih tehnologija nuklearne podgradnje brodogradnje izgubljene u Sjedinjenim Državama. 2006. godine Northrop Grumman Corporation iz Amerike i švedska tvrtka Kokums, koja je izgradila podmornice tipa Gotland, potpisali su sporazum o suradnji. Kao dio ove suradnje, američki će stručnjaci imati priliku detaljno proučiti dizajn najnovije flote švedskih podmornica. I švedski mornari koji će na brodu služiti zajedno sa svojim američkim kolegama pomoći će im u tome.

Prema vodećim stručnjacima, podmornice s hibridnim elektranama već po svojim karakteristikama ne samo da se približavaju brodovima na nuklearni pogon, već ih prema nekim pokazateljima čak i nadmašuju. Tako je tijekom dvije vježbe u Atlantiku, održane 2003. godine, švedska podmornica Halland sa Stierovim anaerobnim motorima "pobijedila" španjolsku podmornicu konvencionalnom dizelsko-električnom instalacijom, a zatim francusku nuklearnu podmornicu u dvobojnoj situaciji. Prevladala je i u "bitci" s američkom nuklearnom podmornicom Huston u Sredozemnom moru. Treba napomenuti da Halland s niskom razinom buke i visokim performansama košta 4,5 puta jeftinije od svojih nuklearnih rivala.

Prednosti hibridnih elektrana

S obzirom na približno jednaku razinu usavršenosti oružja i elektroničkog oružja većine podmornica zapadnoeuropskih zemalja - glavnih dobavljača podmornica na svjetskom tržištu, konkurentnost obećavajućih podmornica uvelike će se određivati \u200b\u200bvrstom motora koji se koristi u anaerobnim EC.

Od svih poznatih pretvarača energije s direktnim ciklusom (dizelski motori, parne i plinske turbine, motori s unutarnjim izgaranjem rasplinjača, EKG itd.) Koji se mogu koristiti kao dio anaerobnih postrojenja, Stirlingovi se motori povoljno razlikuju u nizu kvaliteta koji određuju perspektivu njihove uporabe na nuklearnim podmornicama. : praktična buka zbog odsutnosti eksplozivnih procesa u cilindrima motora i mehanizma vremena ventila i prilično gladak ciklus rada s relativno vnomernom momenta, što izravno utječe na akustične stealth podmornice - glavna komponenta ukupnog indeksa - „stealth podmornice”; visoka učinkovitost (do 40%), što je znatno više od odgovarajućeg pokazatelja najboljih uzoraka dizelskih motora i ICE karburatora; mogućnost korištenja nekoliko vrsta ugljikovodičnih goriva kao goriva (solarno gorivo, ukapljeni prirodni plin, kerozin itd.); rad Stirlingovih motora koji rade na tradicionalnom gorivu ne zahtijeva stvaranje složene obalne infrastrukture (za razliku od elektrokemijskih generatora); motorni resurs suvremenih Stirlingovih motora je 20 ... 50 tisuća sati, što je 3 ... 8 puta duže od životnog vijeka gorivnih ćelija (oko 6 tisuća sati); s vijekom podmornice od oko 25 ... 30 godina, upotreba Stirlingovih motora smanjit će potreban broj podmornica za 35 ... 40% u usporedbi s potrebnim brodom brodica s elektrokemijskim generatorima (zbog veće pouzdanosti).

Prema brojnim stranim i domaćim stručnjacima, Stirlingov motor je zbog gore navedenih prednosti najkonkurentniji tip motora za anaerobne elektrane ne-nuklearnih podmornica. Štoviše, ako se danas razvijaju instalacije koje povećavaju podvodnu autonomiju do 30 ... 45 dana u ekonomskim režimima rada, u skoroj se budućnosti Stirlingov motor može smatrati jedinstvenim, svim režimom napajanja, pružajući podvodnu i površinsku brzinu u cijelom rasponu opterećenja.

Prednosti Stirlingovih motora u usporedbi s drugim pretvaračima energije s direktnim ciklusom omogućuju nam da ga preporučimo kao univerzalni motor za sve vrste nuklearnih podmornica malog, srednjeg i velikog pomicanja.

Ruska mornarica zainteresirana je za stvaranje podmornica s anaerobnim elektranama za upotrebu na Baltičkom i Crnom moru, gdje je upotreba brodova s \u200b\u200bnuklearnim pogonom isključena iz političkih razloga. Ukupna potražnja mornarice u takvim podmornicama iznosi oko 10-20 jedinica. U bliskoj budućnosti međunarodno tržište oružja postat će vrlo veliko tržište za nuklearne podmornice sa Stirlingovim motorima. stalno se povećava potražnja za takvim podmornicama iz zemalja Latinske Amerike, Jugoistočne Azije, Bliskog i Bliskog Istoka. Općenito, procijenjena tržišna niša kreće se od 300 do 400 podmornica s prosječnim troškom podmornice od oko 300 ... 400 milijuna dolara.

Trenutno su nuklearne podmornice dio 30 flota stranih zemalja. S obzirom na to da se vijek trajanja ovih brodica procjenjuje na oko 30 godina i da su većina izgrađena najkasnije krajem osamdesetih godina prošlog stoljeća, može se očekivati \u200b\u200bda će od 2010. godine mnoge od tih zemalja razmišljati o nabavi novih ne-nuklearnih podmornica umjesto o zastarjelim brodovima koji su iscrpljeni vaš resurs.