Principiul acțiunii Vneu. „Potențialul de combatere a flotei nucleare”: modul în care noile centrale electrice vor consolida puterea submarinelor rusești. Rolul celulelor de combustibil

Motorul Stirling, al cărui principiu de funcționare este diferit calitativ de cel obișnuit pentru toate motoarele cu ardere internă, a constituit odată acesta din urmă demn de concurență. Cu toate acestea, de ceva timp au uitat de el. Cum este folosit astăzi acest motor, care este principiul funcționării sale (în articol puteți găsi, de asemenea, desene ale motorului Stirling, care demonstrează clar funcționarea acestuia) și care sunt perspectivele pentru utilizarea viitoare, citiți mai jos.

Povestea

În 1816, Robert Stirling a fost brevetat în Scoția, numit astăzi în onoarea inventatorului său. Primele motoare de aer cald au fost inventate înaintea lui. Însă Stirling a adăugat un dispozitiv de curățare la dispozitiv, care în literatura tehnică se numește regenerator sau schimbător de căldură. Datorită lui, performanțele motorului au crescut păstrând unitatea la cald.

Motorul a fost recunoscut ca cel mai rezistent motor cu abur disponibil la acea vreme, deoarece nu a explodat niciodată. Înainte de el, la alte motoare a apărut frecvent o astfel de problemă. În ciuda succesului rapid, la începutul secolului al XX-lea, dezvoltarea sa a fost abandonată, deoarece a devenit mai puțin economică în comparație cu alte motoare cu combustie internă și motoare electrice apărute la acea vreme. Cu toate acestea, Stirling a continuat să fie utilizat în unele industrii.

Motor cu combustie externa

Principiul funcționării tuturor motoarelor termice este acela că, pentru a obține gaz în stare extinsă, sunt necesare forțe mecanice mai mari decât la comprimarea frigului. Pentru a demonstra acest lucru, puteți efectua un experiment cu două vase umplute cu apă rece și caldă, precum și o sticlă. Acesta din urmă este scufundat în apă rece, conectat cu o plută, apoi transferat la fierbinte. În acest caz, gazul din sticlă va începe să efectueze lucrări mecanice și să scoată pluta. Primul motor cu ardere externă a fost complet bazat pe acest proces. Cu toate acestea, ulterior inventatorul a realizat că o parte din căldură poate fi folosită pentru încălzire. Astfel, productivitatea a crescut semnificativ. Dar nici asta nu a ajutat motorul să se răspândească.

Ulterior, Erickson, un inginer din Suedia, a îmbunătățit designul propunându-i să răcească și să încălzească gazul la presiune constantă în loc de volum. Drept urmare, multe exemplare au început să fie utilizate pentru lucrul în mine, pe nave și în tipografii. Dar pentru echipaje, erau prea grele.

Motoare cu combustie externă de la Philips

Motoare similare sunt de următoarele tipuri:

abur;
turbină cu abur;
Stirling.

Acest din urmă tip nu a fost dezvoltat din cauza fiabilității scăzute, iar restul nu a fost cel mai ridicat indicator în comparație cu alte tipuri de unități apărute. Cu toate acestea, în 1938, Philips a reluat operațiunile. Motoarele au început să servească la generatoarele de acționare din zonele neelectrificate. În 1945, inginerii companiei au descoperit că aceștia ar fi folosiți în mod opus: dacă arborele nu era desfăcut cu un motor electric, atunci răcirea chiulasei atinge minus o sută nouăzeci de grade Celsius. Apoi s-a decis utilizarea motorului Stirling îmbunătățit în unitățile de refrigerare.

Principiul de lucru

Acțiunea motorului constă în lucrul la cicluri termodinamice în care compresia și expansiunea au loc la diferite temperaturi. În același timp, controlul debitului fluidului de lucru se realizează datorită modificării volumului (sau a presiunii, în funcție de model). Acesta este principiul funcționării majorității acestor mașini, care pot avea funcții și scheme de proiectare diferite. Motoarele pot fi cu piston sau rotative. Mașinile cu instalațiile lor funcționează ca pompe de căldură, frigidere, generatoare de presiune și așa mai departe.

În plus, există motoare cu ciclu deschis unde controlul debitului este implementat prin supape. Sunt numite motoarele lui Erickson, pe lângă numele general Stirling. În motorul cu ardere internă, lucrările utile se efectuează după comprimarea prealabilă a aerului, injecția de combustibil, încălzirea amestecului rezultat amestecat cu combustie și expansiune.

Motorul Stirling are același principiu de funcționare: compresia apare la temperatură scăzută, iar expansiunea la temperaturi ridicate. Încălzirea se realizează în moduri diferite: căldura este furnizată prin peretele cilindrului din exterior. Prin urmare, a primit numele unui motor cu ardere externă. Stirling a aplicat o schimbare periodică de temperatură cu un piston de deplasare. Acesta din urmă deplasează gazul dintr-o cavitate a cilindrului în alta. Pe de o parte, temperatura este constant scăzută, iar pe de altă parte, ridicată. Când pistonul se mișcă în sus, gazul trece de la cald la o cavitate rece, iar în jos - revine la cald. În primul rând, gazul dă multă căldură frigiderului, iar apoi primește la fel de mult de la încălzitor. Între încălzitor și frigider există un regenerator - o cavitate umplută cu material la care gazul degajă căldură. În fluxul invers, regeneratorul îl returnează.

Sistemul de propulsie este conectat la un piston de lucru care comprimă gazul la frig și îi permite să se extindă la căldură. Datorită compresiunii la o temperatură mai scăzută, se lucrează util. Întregul sistem trece prin patru cicluri cu mișcări intermitente. Mecanismul manivelei oferă continuitate. Prin urmare, nu se observă granițe clare între etapele ciclului și Stirling nu scade.

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

Detalii de lucru

Soarele, energia electrică, energia nucleară sau orice altă sursă de căldură pot furniza energie motorului Stirling. Principiul corpului său este utilizarea de heliu, hidrogen sau aer. Un ciclu ideal are o eficiență termică maximă egală cu treizeci până la patruzeci la sută. Dar, cu un regenerator eficient, va putea lucra cu o eficiență mai mare. Regenerarea, încălzirea și răcirea sunt asigurate de schimbătoarele de căldură integrate fără ulei. Trebuie menționat că motorul are nevoie de o lubrifiere foarte mică. Presiunea medie din cilindru este de obicei de la 10 la 20 MPa. Prin urmare, aici este necesar un sistem de etanșare excelent și posibilitatea de intrare a uleiului în cavitățile de lucru.

Caracteristică comparativă

Majoritatea motoarelor de astăzi de acest fel folosesc combustibil lichid. În același timp, presiunea continuă este ușor de controlat, ceea ce contribuie la reducerea emisiilor. Absența supapelor asigură o funcționare silențioasă. Puterea și masa sunt comparabile cu motoarele turbo, iar puterea specifică primită la ieșire este egală cu unitatea diesel. Viteza și cuplul sunt independente unele de altele.

Costul producerii unui motor este mult mai mare decât al unui motor cu combustie internă. Dar în timpul funcționării, se obține indicatorul opus.

Beneficiile

Orice model al motorului Stirling prezintă multe avantaje:

Eficiența în proiectarea modernă poate ajunge până la șaptezeci la sută.
Motorul nu are un sistem de aprindere de înaltă tensiune, arbore cu came și supape. Nu va trebui să fie reglementat pe întreaga perioadă de funcționare.
În Stirling nu există nicio explozie ca în ICE, care încarcă puternic arborele cotit, rulmenții și tijele de legătură.
Ei nu au acest efect atunci când spun că „motorul s-a oprit”.
Datorită simplității dispozitivului, acesta poate fi operat mult timp.
Poate funcționa atât pe lemn, cât și cu combustibil nuclear și cu orice alt tip de combustibil.
Arderea se produce în afara motorului.

deficiențe

cerere

În prezent, motorul Stirling cu un generator este utilizat în multe zone. Este o sursă universală de energie electrică în frigidere, pompe, submarine și centrale solare. Datorită utilizării diferitelor tipuri de combustibil există posibilitatea utilizării sale pe scară largă.

renaștere

Aceste motoare au început să se dezvolte din nou datorită Philips. La mijlocul secolului XX, ea a semnat un contract cu General Motors. Ea a condus dezvoltarea pentru utilizarea Stirling în spații și dispozitive subacvatice, pe nave și mașini. În urma lor, o altă companie din Suedia, United Stirling, a început să se angajeze în dezvoltarea lor, inclusiv utilizarea posibilă a acestora

Astăzi, motorul liniar Stirling este utilizat în instalații de vehicule subacvatice, spațiale și solare. Un mare interes pentru aceasta este cauzat de relevanța problemelor de degradare a mediului, precum și de lupta împotriva zgomotului. În Canada și SUA, Germania și Franța, precum și Japonia, există o căutare activă pentru dezvoltarea și îmbunătățirea utilizării sale.

Viitorul

Avantajele evidente pe care le prezintă pistonul și Stirling, constând într-o durată de viață lungă, utilizarea de combustibili diferiți, zgomot și toxicitate scăzută, îl fac foarte promițător pe fundalul unui motor cu combustie internă. Cu toate acestea, având în vedere faptul că ICE-urile au fost îmbunătățite de-a lungul întregului timp, acesta nu poate fi ușor părtinitor. Într-un fel sau altul, este chiar un astfel de motor care ocupă astăzi o poziție de conducere și nu intenționez să le predau în viitorul apropiat.

MOSCOW, 23 august - RIA Novosti, Andrey Kots. Submarine diesel-electrice (DEPL) sunt indispensabile în zonele de coastă și de mică adâncime, unde omologii lor atomici mai grei nu pot merge întotdeauna. Submarinele diesel-electrice moderne rusești sunt o armă formidabilă și universală, dar au un dezavantaj serios în comparație cu submarinele nucleare. Dacă nava cu energie nucleară este capabilă să rămână sub apă o perioadă îndelungată de timp până la epuizarea alimentelor, submarinele diesel sunt obligate să apară periodic pentru a încărca bateriile cu generatoare. Cu toate acestea, datorită centralelor electrice independente de aer (VNEU), unele „motoare diesel” moderne nu se elimină.

Fără ascensiune

Orice submarin, indiferent de proiectare, deplasare, armament și antrenament al echipajului, în poziția de deasupra apei este lipsit de apărare, ca un pisoi în fața unui pachet de câini. Barca nu are artilerie navală semnificativă, capabilă să respingă bărcile rapide pentru îmbarcarea în echipele inamice. Nu va putea lupta împotriva raidurilor aeronavei anti-submarine sau a rachetelor anti-nave. Și chiar dacă reușește să plonjeze de urgență, este puțin probabil să părăsească „bătaia”, care și-a determinat deja coordonatele. Pe timp de pace, acest lucru amenință să perturbe „autonomia”. În armată - moartea unei bărci și a echipajului acesteia.

Motoarele unui submarin non-nuclear sunt alimentate de baterii, care durează maxim patru zile, dacă submarinul circulă cu o viteză de până la cinci noduri. Dacă se dă comanda „Viteză maximă înainte!”, Bateriile vor rămâne în câteva ore. Sarcina lor maximă la bordul generatoarelor diesel durează aproximativ două zile, acest lucru necesită oxigen, astfel încât barca este forțată să plutească. Desigur, puteți utiliza modul de operare al motorului sub apă (RDP). În acest caz, submarinul ridică o conductă de snorkel deasupra suprafeței apei, prin care intră aer. Cu toate acestea, metoda, care a fost folosită activ la mijlocul secolului trecut, astăzi crește brusc probabilitatea de a detecta submarine prin mijloace radar inamice, infraroșu, optoelectronic și acustic.

Un motor nevolatil sau anaerobic nu necesită acces direct la atmosferă. În prezent, există patru tipuri principale de VNEU în lume: un motor diesel cu ciclu închis, un motor Stirling, celule de combustibil (generator electrochimic) și o turbină cu abur cu ciclu închis. Ele trebuie să îndeplinească următoarele cerințe: zgomot redus, căldură scăzută, greutate și caracteristici acceptabile pentru dimensiuni, simplitate și siguranță de funcționare, resurse îndelungate și costuri reduse.

Este important de menționat că tehnologia de fabricație a VNEU este foarte complexă și intensifică cunoștințele. Nu există multe state în lume care să-l stăpânească pe deplin. Marina SUA nu era interesată de subiectul VNEU, preferând să transfere întreaga flotă submarină în energie nucleară. De asemenea, francezii au urmat aceeași cale, construind totuși submarine de tip Scorpen. Aceste bărci mici funcționează din turbine în buclă închisă folosind etanol și oxigen lichid. Autonomie fără suprafață - aproximativ trei săptămâni.

Germanii au adoptat o strategie diferită, iar la începutul zero au prezentat o serie de submarine ale proiectului U-212/214. Aceste submarine au o centrală „hibridă”: în modul RDP sau pentru funcționarea în poziție de suprafață, bateriile sunt încărcate de un generator diesel de 1050 kilowati. Și sub apă, pentru o mișcare economică, intră în joc motorul non-volatil Siemens SINAVY Permasin. Este alimentat de o centrală electrică formată din nouă celule de combustibil cu schimb de protoni, inclusiv rezervoare cu oxigen criogenic și rezervoare cu hidrură de metal. Aceste elemente asigură, de asemenea, rotirea elicelor.

Rolul celulelor de combustibil

Astăzi în Rusia nu există submarine diesel-electrice cu o centrală electrică independentă de aer, cu toate acestea ar trebui să apară în anii următori. Reprezentanții Ministerului Apărării au susținut în mod repetat că prima VNEU va primi submarine ale proiectului 677 Lada. Cu toate acestea, Sankt Petersburg și construcția Kronstadt și Velikiye Luki sunt încă dependente complet de generatoarele diesel. Dar următoarea barcă de proiect, care va fi lansată înainte de 2025, va fi deja echipată cu o centrală anaerobă de producție proprie. Majoritatea datelor referitoare la această dezvoltare sunt clasificate strict, dar se știe că baza proiectării sale este reformarea aburului cu un generator electrochimic bazat pe elemente în stare solidă.

"Experimentele cu VNEU au fost efectuate în Uniunea Sovietică", a declarat Viktor Murakhovsky, redactor-șef al Arsenalului revistei Patria, RIA Novosti. motorul cu ardere internă. Acum abordarea este diferită - alimentarea centralelor electrice cu celule de combustibil. Principala tendință globală este o tranziție completă la mișcarea electrică fără utilizarea disc "generatoare. În acest caz, celulele cu combustibil cu o capacitate mare de energie vor alimenta direct motoarele electrice. Pur și simplu nu este nevoie să plutească."

Biroul de proiectare Rubin, apropo, și-a anunțat disponibilitatea de a introduce o centrală electrică independentă de aer pentru submarine non-nucleare în 2021-2022. Și în aprilie a acestui an, Malakhit Design Bureau a testat cu succes un prototip VNEU cu un motor cu turbină cu gaz cu ciclu închis. Noutatea se presupune a fi folosită la submarine mici, care până în prezent există doar sub formă de modele.

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, proiectantul principal al Biroului de proiectare Malakhit. porturi și chiar vor putea merge în porturile inamice și în bazele navale. Înălțime mare, dimensiuni reduse și capacitatea de a sta săptămâni întregi fără apă, fac din ei cercetași ideali și vă permite să aplicați o grevă surpriză p pe nave și obiectele-cheie ale infrastructurii de coastă. "

Potrivit lui Viktor Murakhovsky, pentru a intra în propria producție în serie a centralelor electrice independente de aer și a le pune masiv pe submarine, este necesară formarea unei rezerve științifice și tehnice gigantice pentru crearea de celule de combustibil care să alimenteze motoarele electrice ale flotei submarine. Ca o alternativă mai ieftină și mai simplă, el consideră dezvoltarea unor baterii promițătoare de litiu-polimer care funcționează pe o singură „reîncărcare” mult mai lungă decât analogele disponibile la Marina. "Cu toate acestea, producția lor, se pare, va trebui să înceapă de la zero, pentru că nimeni nu ne va vinde astfel de tehnologii în Occident. Și dacă se va întâmpla, s-ar putea ca într-o zi să oprească pur și simplu aprovizionările", a adăugat expertul.

Fără ascensiune

Rolul celulelor de combustibil

Înlocuirea importurilor

cea mai mare centrală diesel hyundai Heavy Industries 108900 l. a.

MOTONAVELE

Povestea nava cu motor are șase decenii, dar navele cu motoare cu combustie internă sunt deja în frunte. Acest lucru se datorează în primul rând eficienței ridicate și capacității de a construi motoare de diferite capacități de la 100 la 30.000 litri. a.

Locul de naștere al navei este Rusia. În 1896, un inginer german Rudolf Diesel și-a brevetat motorul cu ardere internă, iar în 1904, la sugestia constructorului de nave ruse KP Boklevsky, motorul diesel a fost instalat pe o navă „ vandal", Construit în 1903. în primul rând nava cu motor « vandal„A fost și o navă electrică diesel. Transmisia electrică a fost folosită pentru a elimina dificultățile de inversare, încă de la primul diesel marin centrale electrice aveau rotație într-o direcție și nu puteau fi comutate de la înainte la înapoi. În 1907, inginerul rus R. A. Koreyvo a inventat un ambreiaj pneumatic care a facilitat inversarea motorului. Ulterior, ambreiajul s-a răspândit în toată lumea. diesel centrale electrice a luat imediat o poziție de lider în construcția navelor. Deja în 1914, capacitatea lor a ajuns la 2500 litri. a.

În anii '60, concomitent cu apariția elicelor cu pas reglabil, unitățile de alimentare diesel nereversibile au început să fie utilizate ca motor principal inițial pe nave mici, traulere și remorchere, apoi pe navele comerciale mari. Datorită acestui fapt, designul motoarelor a fost îmbunătățit și simplificat.

Motorul de alimentare cu motor diesel sau motoarele de combustie internă

O centrală diesel este formată dintr-unul sau mai multe motoare principale, precum și mecanismele care le servesc. În funcție de metoda ciclului de lucru, motoarele cu ardere internă sunt împărțite în patru timpi și în doi timpi. O creștere suplimentară a puterii este obținută prin impulsionarea. Există un alt principiu de separare a motoarelor cu combustie internă (ICE) - în ceea ce privește viteza. Diesele cu viteză mică, cu o viteză de 100-150 rpm, conduc direct propulsia navei. Motoarele cu viteză medie se numesc motoare cu combustie internă cu o viteză de 300-600 rpm. Conduc nava prin cutia de viteze.

În plus față de motorul principal, există încă două auxiliare care conduc generatoarele în rotație. Pentru repararea motoarelor principale și auxiliare, se folosesc mecanisme și sisteme auxiliare, precum și un sistem de conducte și supape. Sistemul de combustibil este proiectat pentru a alimenta combustibilul din rezervoare către motor. Pentru a reduce vâscozitatea, combustibilul este încălzit și curățat de diferite impurități din separatoare și filtre. Sistemul de ungere este utilizat pentru pomparea uleiului lubrifiant prin motor pentru a reduce frecarea între suprafețele de frecare, precum și pentru a îndepărta o parte din căldura primită din motor și pentru a curăța uleiul. Sistemul de răcire este proiectat pentru a îndepărta căldura din motor, care pătrunde în principal prin pereții cilindrilor și apare în timpul combustiei combustibilului, precum și pentru a răci uleiul de lubrifiere care circulă. Acest sistem constă din pompe pentru apa dulce și de mare, răcitoare de apă și ulei.

centrala diesel

Principiul funcționării unui motor cu combustie internă în patru timpi este prezentat în figura 5. La un motor în patru timpi, ciclul de funcționare se realizează în două rotații ale arborelui cotit, adică în patru timpi. Lucrările mecanice se fac doar în timpul unui ciclu, celelalte trei servesc la pregătire. La prima cursă, pistonul se deplasează în direcția arborelui cotit. Sub influența vidului rezultat, aerul prin supapa de aspirație deschisă se năpustește în cilindru. În motorină centrala electrica fără impuls, presiunea aerului de admisie este egală cu atmosferică; într-o centrală diesel cu impuls, aerul comprimat este furnizat cilindrului. În timpul celei de-a doua cursă, cu supapele închise, aerul din fața pistonului este comprimat, ceea ce crește temperatura și presiunea. Pompa de amorsare a combustibilului, a cărei acțiune este coordonată cu mișcarea pistonului corespunzător, crește presiunea combustibilului. Când se atinge presiunea necesară, combustibilul este injectat prin duză în cilindru.

Combustibilul este injectat cu puțin timp înainte ca pistonul să ajungă în poziția superioară. Combustibilul injectat și atomizat cu atenție în aerul comprimat este încălzit, vaporizat și împreună cu aerul formează un amestec fierbinte, auto-aprindător. A treia măsură este de lucru. În timpul procesului de ardere, sunt generate gaze fierbinți care determină o creștere a presiunii deasupra pistonului. Sub presiunea forței care apare din cauza presiunii gazelor, pistonul se mișcă în jos, gazele se extind și produc o muncă mecanică. În timpul celui de-al patrulea ciclu, robinetul de evacuare se deschide și gazele de evacuare ies. Patru accident vascular cerebral instalații diesel marine fabricate ca motoare cu mai multe cilindri. Sunt aranjate astfel încât ciclurile de lucru să fie distribuite uniform pe cilindrii individuali.

Sub impulsul unui motor diesel se înțelege furnizarea către cilindrii de mai mult aer, care este necesară pentru a umple întregul cilindru cu o cursă de aspirație. Scopul impulsului este de a facilita arderea celei mai mari cantități de combustibil într-un singur ciclu de lucru. Aceasta înseamnă o creștere a puterii motorului fără a-i crește dimensiunea, precum și viteza. Supraîncărcarea se poate face prin precomprimarea aerului din fața cilindrului. În toate motoarele diesel diesel în patru timpi centrale electrice precompresia aerului are loc cu ajutorul unui compresor centrifugal, care este condus de o turbină cu gaz care rulează pe gazele de evacuare diesel.

Motoarele diesel în patru timpi sunt utilizate pe nave fie ca parte a grupurilor generatoare diesel, fie ca motor principal în mai multe arbore centrale electrice (un ICE pe motor) și, în consecință, în instalații cu mai multe motoare pentru un motor. Utilizarea centralelor diesel cu turație medie ca motor principal are următoarele avantaje:

Creșterea fiabilității (dacă un motor nu reușește, restul funcționează);
- reducerea dimensiunilor și a greutății moarte a pieselor (supape, pistoane, mecanisme de manivelă, rulmenți etc.);
- reducerea gravitației specifice, care, în funcție de putere, variază între 14 și 35 kg / kW (pentru capacități de aproximativ 2200 kW).
Centralele moderne de energie diesel sunt extrem de economice și de încredere, nu necesită reparații majore până la 50.000 de ore.

ELECTRICII DIESEL

Prima navă diesel-electrică a fost, după cum am menționat mai sus, nava rusă " vandal", Dar vehiculele diesel-electrice nu sunt utilizate pe scară largă. Pierderile în timpul dublei conversii a energiei (mecanice în electrice și apoi din nou electrice în mecanice) sunt destul de mari și constituie 15%. Dar, în același timp, pentru unii, motorul electric este singurul acceptabil. Este vorba de nave cu o schimbare frecventă a condițiilor de încărcare a sistemului de propulsie, navele care necesită calități crescute de manevră, care lucrează mult timp cu o putere redusă. Astfel de vase sunt spărgătoare de gheață, balene și altele.

TURBOCHARGURI DE GAZ

Caracteristici importante instalație de turbină cu gaz - greutate ușoară și dimensiuni mici, ușurință de întreținere 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 un ofițer rus Nazarov. În 1892, Kuzminsky a creat o unitate de turbină cu gaz. În URSS în 1961 a fost construit turbină cu gaz « Păun Vinogradov“. Centrala sa a fost formată din patru generatoare de gaz cu piston liber, care produc gaz de lucru pentru o turbină de 3800 litri. Cu., Deplasarea navei a fost de 9080 tone, viteză - 15,6 noduri.

În turbinele moderne cu gaz, eficiența maximă este de aproximativ 29 la sută.

PRINCIPIUL DE ACȚIUNE ALIMENTEI DE TURBINE GAZ-TURBINE

Până în prezent, victoria, de parcă, a rămas cu dizelii. În orice caz, peste 50% din tonajul mondial existent sunt nave cu motor. Însă acum numărul navelor uriașe lansate în apă crește într-un ritm rapid și așa mai departe, pentru ca aceste „nave gigant” să stabilească o viteză dată, au nevoie de puteri care nu pot fi întotdeauna realizate de motoarele cu ardere internă.

Pentru un motor cu abur alternativ, s-a găsit un echivalent sub forma unei instalații diesel în care arderea se efectuează direct în cilindrul de lucru și pentru care nu mai este necesară o cazană specială cu abur. Experții care lucrează în domeniul construcțiilor de turbine au reușit, de asemenea, să găsească echivalentul unei turbine cu abur care ar putea funcționa cu succes fără o cazană separată de abur. Un astfel de motor - o turbină cu gaz - combină avantajele unei centrale electrice diesel și a unei turbine cu aburi: nu are nevoie de cazane cu aburi, dar ca o turbină nu conține elemente care să efectueze mișcare reciprocă (pistoane, tije etc.).

În forma sa cea mai simplă, o turbină cu gaz este un fel de „turbină cu combustie internă” în care aerul este aspirat din atmosferă cu ajutorul unui compresor, presurizat de mai multe atmosfere și trimis în camera de ardere, unde se ard ulei solar, combustibil „naval” 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 scoase în atmosferă, fie folosite pentru încălzirea aerului care intră în camera de ardere.

O turbină cu gaz este una dintre centralele foarte promițătoare cu putere mare și greutate ușoară. Dezavantajul său, precum cel al unei turbine cu aburi, este imposibilitatea practică de a o inversa, în urma căreia nava trebuie să asigure o turbină inversă separată. Cu toate acestea, odată cu apariția elicelor cu pas reglabil și a elicelor auxiliare amplasate în arcul navei, problema inversării și manevrelor a fost vizibil simplificată, deoarece într-o anumită poziție a palelor elicei, turbina înainte poate spune navei înapoi. Un dezavantaj mai grav al unei turbine cu gaz este eficiența scăzută a acesteia, aproximativ 30 la sută, și consumul relativ ridicat de combustibil. Dar există toate motivele pentru a crede că este mai economic instalații de turbină cu gaz ei vor găsi cei mai răspândiți.

Principiul de funcționare a unui supraalimentator de turbină cu gaz este prezentat în figura 6. Principiul de funcționare a unei centrale electrice cu turbine cu gaz este prezentat în figura 7.

principiul funcționării unui supraalimentator cu turbină cu gaz

principiul de funcționare a turbinei de gaz

Motoarele cu turbină cu gaz sunt instalate în principal pe navele Marinei. Pe navele comerciale nu s-au justificat - turbinele pe gaz sunt folosite astăzi doar pe un număr mic de nave. Motivele scăderii interesului pentru acest tip de motor sunt eficiența scăzută a acestuia, consumul destul de ridicat de combustibil și temperatura ridicată de funcționare, care necesită utilizarea de materiale de înaltă rezistență și costisitoare. Avantajele unui motor cu turbină cu gaz includ dimensiuni generale mici în comparație cu puterea obținută și o greutate moartă mică. Turbinele cu gaz pot fi de asemenea utilizate ca motoare principale și auxiliare pe sau.

rotor de turbină

ns.

Succesele științei moderne în utilizarea energiei atomice au făcut posibilă utilizarea unui nou tip de combustibil în Marina - nucleară. În 1956, prima navă atomică „Lenin” a fost lansată în URSS. Alegerea unui spărgător de gheață pentru a instala un reactor nuclear pe acesta nu a fost întâmplătoare. Acest tip poate prelua combustibil pentru cel mult 40 de zile de navigație, combustibilul nuclear permite navei cu energie nucleară să lucreze pe gheața din Arctica fără a reîncărca aprovizionarea cu combustibil mai mult de un an.

Dar primul, și poate singurele nave comerciale cu nucleare centrala electrica nave de pasageri " Savannah"Construit în 1964" Otto hahn"- 1968," Mutsu Japonia"- 1970 și - 1988.

nava cu centrala nucleara "Savannah"

« Savannah»- marfă-pasager navă nuclearăconstruit la șantierul naval Construcția navelor New York", SUA. Costul navei s-a ridicat la 46,9 milioane de dolari, din care 28,3 milioane s-au ridicat la costul reactorului. Construcția a fost finanțată de guvernul SUA ca proiect pentru a demonstra capacitățile energiei nucleare. Nava a fost lansată pe 21 iulie 1959 și a servit din 1962 până în 1972.

Caracteristicile tehnice ale navei de pasageri „Savannah”:
Lungime - 181,6 m;
Latime - 23,7 m;
Deplasare - 13599 tone;
Centrala electrica - 1 reactor nuclear;
Putere - 20300 CP;
Viteza - 24 noduri;

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

nava cu o centrală nucleară "Otto Hahn"

Proiectarea unui vas comerciant și de cercetare pentru a determina fezabilitatea utilizării energiei atomice în flota civilă a început în Germania. navă « Otto hahn„A fost pus în 1963 de companie” Howaldtswerke-deutsche werft»În orașul Kiel. Lansarea a avut loc în 1964. navă a fost numit după Otto Hahn, un excelent radiochemist german, un laureat Nobel care a descoperit izomerismul nuclear și fisiunea uraniului. În 1968, reactorul nuclear al navei a fost lansat și au început încercările pe mare. În luna octombrie a acelui an, " Otto hahn"A fost certificat ca.

Caracteristicile tehnice ale navelor de pasageri „Otto Hahn”:
Lungime - 172,0 m;
Lățime - 23,4 m;
Deplasare - 25.790 tone;
Centrală - 1 reactor nuclear cu o capacitate de 38 MW;
Viteză - 29 noduri;
Autonomie - 300.000 mile;
Echipaj - 63 persoane;
Număr de pasageri - 35 de persoane;
Capacitate marfă - 14040 tone;

Avantajele incontestabile includ un consum de combustibil foarte redus și o gamă aproape nelimitată. De exemplu, expediați „ Otto hahn„Chiar și trei kilograme de uraniu nu au fost consumate în trei ani, în timp ce consumul de combustibil al unei centrale electrice cu turbă cu abur de pe o navă de această dimensiune s-a ridicat la 40.000 de tone. În ciuda acestor avantaje, atomic centrale electrice utilizat pe scară largă doar pe navele de război. Este deosebit de avantajoasă utilizarea lor pe submarine mari, care pot fi sub apă mult timp, deoarece aerul nu este necesar pentru a produce energie termică în reactor.

PRINCIPIUL ACȚIUNII INSTALAȚIILOR NUCLEARE

K centrala electrica navele cu motor nuclear includ un reactor, un generator de aburi și o unitate de turbină care conduce o propulsie a navei. Un reactor este o instalație pentru producerea reacțiilor nucleare în lanț, în timpul cărora apare energie, care este apoi transformată în energie mecanică. Principiul funcționării unui reactor nuclear este prezentat în figura 8.

principiul funcționării unui reactor nuclear

Se știe că energia eliberată atunci când se folosește 1 kg de uraniu este aproximativ egală cu energia obținută prin arderea a 1.500 tone de combustibil. Inima unei instalații nucleare este un reactor: o reacție nucleară controlată este efectuată în ea, ca urmare a căreia este generată căldură, îndepărtată cu ajutorul unui lichid de răcire. Apa de răcire radioactivă este pompată către un generator de aburi, unde din cauza căldurii sale, aburul este generat din apa neradioactivă. Aburul este direcționat către discurile turbinei, care conduc turbogeneratoarele care operează pe motoarele cu elice, iar acestea din urmă rotesc elicele. Aburul de evacuare este trimis într-un condensator, unde se transformă din nou în apă și este pompat într-un generator de aburi. Principiul funcționării unei centrale nucleare este prezentat în figura 9.

diagrama unei centrale nucleare cu un reactor de apă sub presiune

O mare atenție este acordată siguranței funcționării unei instalații nucleare, deoarece oamenii de la bord sunt expuși oarecum la pericolul de radiații, prin urmare, reactorul nuclear este izolat de mediu printr-un ecran protector care nu transmite raze radioactive dăunătoare. Utilizate de obicei ecrane duble. Ecranul primar înconjoară reactorul și este realizat din plăci de plumb cu o acoperire din polietilenă și din beton. Un ecran secundar înconjoară generatorul de abur și închide întregul circuit de înaltă presiune. Acest ecran este realizat în principal din beton cu o grosime de 500 mm până la 1095 mm, precum și din plăci de plumb cu o grosime de 200 mici și polietilenă cu o grosime de 100 mm. Ambele ecrane necesită mult spațiu și au o masă foarte mare. Prezența unor astfel de ecrane este un mare dezavantaj al centralelor nucleare. Amplasarea centralei nucleare pe navă este prezentată în figura 10. Un alt dezavantaj, chiar mai semnificativ, este, în ciuda tuturor măsurilor de protecție, pericolul contaminării mediului ca în timpul funcționării normale a centralei din cauza deșeurilor de combustibil utilizate, evacuarea apei de santină din compartimentul reactorului și etc., și în timpul accidentelor navale și nucleare centrala.

centrala nucleara a navei

PLANTE ALIMENTARE

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 - așa-numitul motor unic pentru exploatarea de suprafață și subacvatică. Din diverse motive, la vremea respectivă, toate aceste încercări nu au părăsit stadiul experimentelor, dar deja în anii 1960 au revenit la ele. Au fost mai multe motive pentru aceasta. În primul rând, Marea Baltică este declarată zonă fără nucleu, ceea ce implică absența navelor cu centrale nucleare în țările baltice. 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 pentru multe țări nu este accesibilă. Cel mai productiv pentru crearea unui singur motor non-nuclear a funcționat în Suedia, Olanda, Marea Britanie și Germania.

Dar, în același timp, pentru unele tipuri de nave, motorul electric este singurul acceptabil. Este vorba de nave cu o schimbare frecventă a condițiilor de încărcare a sistemului de propulsie, navele care necesită calități sporite de manevră, care lucrează mult timp cu putere redusă. Astfel de nave sunt spărgătoare de gheață, remorchere, feriboturi, baleniere, trenci și altele.

Motorul Stirling este un motor cu piston termic cu o alimentare externă de căldură, într-un volum închis din care circulă căldură de lucru constantă (gaz), încălzit de la o sursă de căldură externă și care lucrează util datorită expansiunii sale. Principiul de funcționare al motorului Stirling este prezentat în figura 11.

Spre deosebire de motorul cu ardere internă, motorul Stirling are două variabile în cilindru în ceea ce privește volumul cavității - cald și rece. Lichidul de lucru este comprimat într-o cavitate rece și intră într-una fierbinte, apoi după încălzire, gazul se deplasează în direcția opusă și intră într-o cavitate rece, unde, extinzându-se, lucrează util. O astfel de mișcare cu două sensuri de gaz este asigurată de prezența a două pistoane în fiecare cilindru: un piston de deplasare care reglează debitul de gaz și un piston care funcționează util. Volumul cavității fierbinți și partea superioară a cilindrului este reglat de pistonul de deplasare, iar volumul cavității reci situat între cei doi pistoane este controlat de mișcarea articulației lor. Ambele pistoane sunt conectate mecanic și fac o mișcare coordonată, asigurată de un mecanism special care înlocuiește simultan mecanismul manivelei.

Când motorul funcționează, există patru poziții secvențiale principale ale pistoanelor care determină ciclul de lucru al motorului:
a) - pistonul de lucru în poziția sa cea mai joasă, pistonul de deplasare în poziția superioară superioară. Mai mult, cea mai mare parte a gazelor se află între ele într-un spațiu rece (răcire);
b) - pistonul de deplasare se află în poziția superioară, iar pistonul de lucru se deplasează în sus, comprimând gazul rece (compresia);
c) - pistonul de deplasare se deplasează în jos, apropiindu-se de pistonul de lucru și deplasând gazul în cavitatea fierbinte (încălzire);
d) - gazul fierbinte se extinde, efectuând lucrări utile acționând asupra pistonului de lucru (expansiune). Un traseu de regenerare este instalat pe calea gazului, care ia o parte din căldură când gazul fierbinte se deplasează prin el și îl dă afară când se deplasează după răcire și compresie în direcția opusă.

Prezența unui regenerator ne permite, teoretic, să aducem eficiență motor sterlin până la 70 la sută. Reglarea puterii motorului se realizează prin modificarea cantității de gaz. Ca căldură de lucru, se utilizează gaze cu proprietăți termice ridicate (hidrogen, heliu, aer etc.).

Motoarele Stirling au următoarele caracteristici unice:
- posibilitatea utilizării oricărei surse de căldură (lichid, solid, gazos și combustibil nuclear, energie solară etc.);
- lucrați într-o gamă largă de temperatură cu o presiune diferențială mică de compresie și expansiune;
- reglarea puterii prin modificarea cantității de căldură de lucru în ciclu la temperaturi constante mai ridicate și mai mici ale gazelor;

Aceste caracteristici oferă motorul stirling față de alte instalații, următoarele avantaje, cum ar fi combustibilul multiplu și toxicitatea scăzută a produselor de ardere a combustibilului; zgomot redus și echilibru bun; eficiență ridicată la modurile de putere redusă. Datorită acestor avantaje, submarinarii suedezi au acordat atenție motorului, făcând ideea să devină realitate pe un submarin modern de acest tip " Gotland“. Dar, dacă în eficiența lor, motoarele Stirling corespund motoarelor diesel moderne, atunci acestea sunt inferioare puterii lor. Prin urmare, ele pot fi utilizate în submarine doar ca motoare suplimentare la centrala electrică diesel-electrică.

PLANTA DE ALIMENTARE ANAEROBICĂ

Dar direcția cea mai promițătoare s-a dovedit a fi conversia energiei chimice direct în energie electrică, fără procesul de ardere sau mișcare mecanică, cu alte cuvinte, generarea de energie electrică într-un mod tăcut. Vorbim despre generatoare electrochimice. În practică, această metodă și-a găsit aplicarea în limba germană modernă. Dispunerea centralei anaerobe este prezentată în figura 12.

centrala anaeroba pe submarinul U-212

Generatorul electromecanic se bazează pe pilele de combustibil. De fapt, este o baterie reîncărcabilă cu reîncărcare constantă. Fizica muncii sale se bazează pe procesul invers al electrolizei apei, când electricitatea este generată când hidrogenul este combinat cu oxigenul. În acest caz, transformarea energiei are loc în tăcere, iar singurul produs secundar al reacției este apa distilată, care este destul de ușor de găsit într-un submarin.

Conform criteriilor de eficiență și siguranță, hidrogenul este păstrat într-o stare legată sub formă de hidrură de metal (un aliaj metalic în combinație cu hidrogen), iar oxigenul este într-o formă lichefiată în containere speciale între corpurile ușoare și puternice ale submarinului. Între hidrogen și catoduri de oxigen se află membranele de schimb de protoni electroliți polimerici care îndeplinesc funcția unui electrolit.

Puterea unui element ajunge la 34 kW, iar eficiența centralei este de până la 70 la sută. În ciuda avantajelor evidente ale instalației de celule de combustibil dezvoltate, aceasta nu oferă caracteristicile operaționale și tactice necesare ale unui submarin din clasa oceanului, în principal în ceea ce privește efectuarea manevrelor de mare viteză atunci când urmărești o țintă sau evadarea unui atac de torpile inamice. Prin urmare, submarinele proiectului 212 sunt echipate cu un sistem combinat de propulsie, în care bateriile sau celulele de combustibil sunt utilizate pentru mișcarea de mare viteză sub apă, și un generator tradițional de motorină, care include un diesel în formă de V în 16 cilindri și alternator sincron. Generatoarele diesel sunt de asemenea utilizate pentru reîncărcarea bateriilor - un element tradițional al submarinelor non-nucleare. Generatorul electrochimic, format din nouă module de celule de combustibil, are o capacitate totală de 400 de litri. a. și asigură mișcarea submarinului în poziție subacvatică cu o viteză de 3 noduri timp de 20 de zile, cu cifre de zgomot sub nivelul zgomotului natural al mării.

PLANTE DE ALIMENTARE COMBINATE

Recent, centralele electrice combinate au devenit populare. Inițial, centralele electrice combinate au dat naștere dorinței de a furniza nave de război în același timp cu viteză mare pentru luptă și o gamă mai mare de navigație pentru operațiuni în zone îndepărtate ale Oceanului Mondial. În special, o combinație de centrale termice cu centrale termice și motorină a apărut pe crucișerele germane din cel de-al Doilea Război Mondial. În anii '60, pe nave au apărut turbine cu gaz, care, din punct de vedere al economiei și caracteristicilor lor de funcționare, nu puteau fi utilizate decât pentru perioade scurte și cu viteză mare. Pentru a compensa acest dezavantaj, acestea au început să fie combinate cu o turbină de cazan (COSAG) sau cu o centrală diesel (CODAG). Puțin mai târziu, au apărut așa-numitele turbine cu gaz de marș, care au necesitat turbine după ardere (COGAG). Doar apariția turbinelor cu gaz de toate modurile ne-a permis să ne deplasăm la o centrală electrică omogenă cu turbine pe gaz.

combinații posibile de centrale electrice

Există chiar și combinații unice de centrale CODEAG (turbină pe motorină cu motor cu mișcare electrică completă), care se găsește pe fregată " duce»Marina Regală a Marii Britanii. Când a fost creat, proiectanții au pornit de la necesitatea de a oferi un nivel de zgomot ultra-scăzut la viteze mici atunci când folosesc o antenă remorcată a sistemului hidroacustic, precum și o tranziție rapidă de la viteză mică la mare. Instalația include două turbine cu gaz cu o capacitate totală de 31.000 litri. cu două motoare cu elice cu capacitate de 2000 litri. cu., încorporat în linia de arbori de elice și care funcționează de la patru generatoare diesel cu o capacitate totală de 8.100 litri. a. O astfel de centrală principală funcționează în patru moduri: viteză mică, cu zgomot minim atunci când cutiile de viteze principale sunt oprite; viteză mare în timpul funcționării turbinelor cu gaz la șuruburi prin cutiile de viteze împreună cu motoarele cu elice; viteză intermediară în timpul funcționării unei turbine cu gaz pe șurub și a unui motor de elice la un alt șurub cu cutia de viteze oprită; manevră atunci când utilizați doar motoare diesel. Șuruburile funcționează în sens invers doar din motoarele elicei.

nume principale ale centralelor combinate:

COSAG - Turbine combinate cu abur și gaz (turbină cu abur și turbină cu gaz). Instalatiile functioneaza impreuna.
CODAG - Turbine combinate cu disel și gaz (turbină diesel și gaz). Instalatiile functioneaza impreuna.
CODOG - Turbine combinate cu disel sau gaz (turbine diesel sau gaz). Instalatiile functioneaza separat. La viteză mare, partea diesel se oprește.
COGAG - Turbine combinate cu gaz și turbine cu gaz (turbine cu gaz și turbine cu gaz). Marșina și răsturnarea turbinelor cu viteză maximă lucrează împreună.
COGOG - Turbine combinate cu gaz sau turbine cu gaz (turbine cu gaz sau turbine cu gaz). Turbina de marș se deplasează la viteză maximă și numai pompierul funcționează la viteză maximă.

Acestea sunt tipurile de centrale care există pe nave și nave din trecut și de azi. Unii dintre ei își trăiesc ultimii ani, unii și-au limitat distribuția în principal la navele de agrement și sport, unii au atins maturitatea, unii încă nu au ajuns la început, dar toate îndeplinesc aceeași funcție - permit navei să se miște, depășind apa bariere.

Africă Albaneză Arabă Armeneză Azerbaidiană Bieloruză Bulgară Catalană Chineză (simplificată) Chineză (tradițională) Croată Cehă Daneză Detectează limba olandeză Engleză Estonă Filipineză Finlandeză Franceză Galegă Germană Germană Greacă Haitiană Creativă Ebraică Hindi Maghiară Islandeză Indoneziană Irlandeză Italiană Coreeană Latină Letoneză Lituaniană Macheză Malaeză Persană Poloneză Portugheză Română Rusă Sârbă Slovacă Slovacă Spaniolă Suedeză Tailandeză Turcă Ucraineană Urdu Vietnameză Galeză Yiddish Africă Albaneză Arabă Armenă Azerbaidjan Bielorrusă Bulgară Catalană Chineză (simplificată) Chineză (tradițională) Croată Cehă Daneză Olandeză Engleză Estoniană Finlandeză Franceză Franceză Galegă Georgică Germană Haitică Criză ebraică hindi maghiară islandeză indoneziană irlandeză italiană japoneză coreeană latină letonă macedoneană malaeză malteză norvegiană persă poloneză română rusă sârbă slovacă slovacă spaniolă swahili Suedeză Tailandeză Turcă Ucraineană Urdu Vietnameză Galeză idiș

Engleză (detectată automat) »rusă

Submarinele non-nucleare moderne (submarine) sunt un mijloc extrem de eficient de luptă armată pe mare și sunt platforme mobile care pot transporta o varietate de arme, precum și pot face călătorii lungi în izolare de bazele lor. În prezent, submarinele firmelor rusești și străine, în principiu, sunt puțin diferite între ele sau, în orice caz, sunt comparabile din punct de vedere al arhitecturii, deplasării, echipamentelor cu arme de înaltă precizie, inclusiv rachetelor din diferite clase, capabile să lovească orice ținte de mare și de sol. Aceste submarine sunt aproape de supraviețuire, fiabilitate, capacități ale armelor electronice etc.

Cu toate acestea, experiența arată că eficacitatea de luptă a submarinelor diesel este oarecum depreciată datorită necesității reîncărcării periodice a bateriilor, ceea ce reduce furtul acțiunilor acestora și crește probabilitatea de detectare. Deci, submarinele diesel petrec zilnic 2 ... 5 ore pentru a reîncărca bateriile. În plus, rezervele de energie limitate ale submarinelor diesel nu permit utilizarea lor în regiunile arctice acoperite cu gheață.
Problema creșterii duratei de scufundare, eliminării nevoii de subinundare frecventă pentru încărcarea bateriilor, poate fi rezolvată folosind centrale electrice anaerobe cu o capacitate de 100 ... 300 kW, ceea ce crește autonomia submarinelor non-nucleare la 480 ... 720 de ore.

În conformitate cu clasificarea adoptată de Marina țărilor occidentale, submarinele non-nucleare sunt de obicei împărțite în trei subclase:

- clasa "A" - submarinele clasice cu o centrală principală diesel-electrică (GEM);

- clasa "B" - un submarin cu o centrală electrică hibridă, care, împreună cu o instalație diesel-electrică, include și un subsistem anaerobic suplimentar (nevolatil);

- clasa "C" - submarine echipate doar cu un GEM anaerob special.

Unul dintre primele modele de submarine pregătite pentru luptă cu centrale electrice hibride au fost submarinele germane cu așa-numitele "turbine cu cicluri combinate Walter" care operează pe peroxid de hidrogen. Submarinele germane din seria XXVI cu turbinele lui Walther au fost capabile să dezvolte viteze subacvatice de până la 24 ... 25 de noduri. Furnizarea de peroxid a navei a fost suficientă timp de șase ore la viteză maximă, iar restul timpului, a fost utilizată o instalație diesel-electrică convențională și un dispozitiv pentru a asigura funcționarea motorului diesel la adâncimea periscopului (snorkel). Barcile din seria XXVI aveau un aspect arhitectonic care diferă semnificativ de cele tradiționale, vizând reducerea rezistenței în poziția subacvatică. Au devenit un fel de capodoperă a tehnologiei navale, deși nu au reușit să intre în serviciu și să participe la ostilități, dar au servit ca materiale valoroase pentru țările învingătoare în modernizarea postbelică a submarinelor.

În Uniunea Sovietică, în ajunul celui de-al Doilea Război Mondial, au experimentat și submarine echipate cu centrale anaerobe. Așadar, cel de-al paisprezecelea submarin al tipului "M" din seria XII (până în 1940 se numea C-92, apoi P-1) a trecut în istorie ca primul submarin sovietic cu un singur motor - un motor diesel, pentru operarea căruia oxigenul lichid era folosit ca agent oxidant, păstrat la o temperatură deosebit de scăzută (-180 ° C). Dezvoltarea REDO (un motor unic special regenerativ) a fost realizată în 1935-1936. la inițiativă și sub îndrumarea S.A. Basilewski.

Submarinul C-92 în testele din 1939 a dovedit posibilitatea unui motor diesel care funcționa sub apă într-o buclă închisă timp de 5,5 ore la o putere de 185 de litri. a.

În iulie 1946, a fost emis un decret al Consiliului de Miniștri al SSSSR privind dezvoltarea lucrărilor la crearea de submarine cu motoare „unice”. În conformitate cu decretul, a început proiectarea micului submarin experimental al Proiectului 615 cu o deplasare de aproximativ 390 de tone, echipat cu un motor „unic”, care a fost similar în ceea ce privește motorul navei Project 95. În 1955-1958. 29 fabrici de acest tip au fost construite la fabricile nr. 196 și nr. 194. În timpul operațiunii pe bărcile proiectului A615 au avut loc mai multe accidente grave. După cum s-a dovedit, accidentele au apărut din cauza necunoscutului pentru caracteristicile centralei și a instruirii insuficiente a personalului care a dezvăluit despre submarinele lor, numindu-le „brichete”.

Al doilea dintre tipurile de motor "unic" selectat pentru punerea în aplicare a fost unitatea de turbină cu ciclu combinat deja menționat (PSTU) a designerului german Walter. Leningrad TsKB-18 din pre-proiectul 616 a reprodus barca germană din seria XXVI. În 1947, pe teritoriul zonei de ocupație sovietice din Germania, a fost creat un birou special de proiectare, sub conducerea A.A. Antipina, care a fost angajată în restaurarea documentației tehnice pentru o instalație de turbină cu ciclu combinat. În paralel, TsKB-18 a început proiectarea unui submarin al proiectului 617 cu Universitatea Tehnică de Stat Perm. În același timp, toate echipamentele, cu excepția Universității Tehnice de Stat Perm, au fost planificate să fie fabricate la fabricile casnice.

Conform proiectului, barca cu o deplasare de aproximativ 950 de tone a avut capacitatea de a dezvolta o viteză subacvatică până la 20 de noduri timp de 6 ore. Barca experimentală a fost pusă la 5 februarie 1951 la fabrica nr. 196, iar testele sale au fost finalizate abia la 20 martie 1956. În 1956-1959. submarinul C-99 a făcut 98 de călătorii la mare și a parcurs mai mult de 6.800 de mile, din care 315 - cu PSTU. Pe 17 mai 1959, a avut loc un accident grav pe navă: la începutul Universității Tehnice de Stat Perm la o adâncime de 80 m, a avut loc o explozie în compartimentul turbinei. Barca a ieșit la suprafață și a ajuns sub propria putere la bază. După pomparea apei din compartiment, s-a constatat că nenorocirea s-a produs din cauza descompunerii peroxidului în contact cu murdăria care intră în supapă.

Ulterior, din cauza succesului în crearea submarinelor nucleare, conducerea Marinei Sovietice și a industriei naționale de construcții navale aproape că au pierdut interesul pentru motoarele „nucleare” non-nucleare pentru submarine. Numai în prima jumătate a anilor șaptezeci ai secolului trecut s-a reluat activitatea în această direcție. De această dată, s-a încercat dotarea unui submarin al proiectului 613 cu o centrală electrică cu un generator electrochimic de 280 kW. În 1988, submarinul Katran al Proiectului 613E a trecut cu succes teste extinse de stat și a confirmat posibilitatea fundamentală de a crea și utiliza energie nouă eficient. Cu toate acestea, prăbușirea Uniunii Sovietice și evenimentele ulterioare după câteva decenii au aruncat crearea unui submarin intern cu un generator electrochimic.

Iar concurenții nu s-au oprit

În ultima decadă a secolului XX, Germania, Suedia și Franța au fost create, testate și centrale electrice anaerobe bazate pe motoarele Stirling, turbine cu ciclu combinat și generatoare electrochimice au început să fie produse în masă. 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 flotei în 2005-07). În septembrie 2006, Bundesmarin a comandat alte două submarine de tip 212, cu termen pentru livrarea flotei în perioada 2012-2013.

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

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

Un tip ușor modificat și îmbunătățit de submarin german cu generatoare electrochimice este Proiectul 214, propus de firmele germane ale Marinei Grecești. Cu o deplasare standard de 1700 tone și o lungime de 65 m, barca este capabilă să se scufunde până la o adâncime de 400 m și poartă armament de opt tuburi torpile de 533 mm. Guvernul grec a comandat trei bărci de acest tip în Germania. Negocierile privind construcția celui de-al patrulea submarin Katsonis cu data de finalizare a anului 2012 au fost finalizate cu succes.

Având o industrie puternică în domeniul construcțiilor navale, Coreea de Sud a ales să achiziționeze o licență în Germania pentru construcția a trei bărci de tip 214. Acestea sunt fabricate de Hyundai Heavy Industries; prima amirală Sohn Won-il a fost predată flotei în decembrie 2007, iar celelalte două, Jung Ji și Ahn Jung-geun, urmează să fie finalizate în 2008 și, respectiv, în 2009. În prezent, guvernul sud-coreean dezbate fezabilitatea construirii a încă trei submarine de tip 214. Caracteristicile valoroase ale bărcilor de acest tip sunt capacitatea de a lansa rachete de croazieră din tuburi torpile de sub apă și prezența a două generatoare electrochimice de tip Piem Siemens cu o capacitate de 120 kW fiecare, ceea ce permite să efectueze mișcarea sub apă cu o viteză de 3 ... 5 noduri timp de două săptămâni.

Francezii au contribuit, de asemenea, la crearea centralelor electrice non-volatile pentru submarine. De exemplu, un grup de companii care fac parte din preocuparea construcției navale DCN pentru submarinul francez Scorpen (tip Agosta-90B, deplasare subacvatică de 1760 tone, lungime de 67 m) au dezvoltat un CE anaerobic generator de aburi tip MESMA (modulul D’Energie Sous Marine Autonome).

Trei submarine de tip Agosta-90B au fost comandate de Marina Pakistanului în 1994. Primele două submarine, Khalid (S137) și Saad (S138) nu au fost echipate inițial cu ES anaerobe; barca de plumb cu un astfel de sistem a fost al treilea submarin - Hamza (S139).
Există proiecte de echipare a submarinelor cu centrale electrice hibride cu includerea unor reactoare nucleare cu putere redusă. Submarinele echipate cu reactoare nucleare de dimensiuni mici vor rămâne, în esență, diesel. Compania intenționează să furnizeze aceste instalații ca o secțiune separată, complet pregătită pentru introducerea în coca scafelor submarinelor existente sau pentru asamblarea celor aflate în construcție. Una dintre opțiunile de conversie a fost propusă pentru submarinele de tip Victoria.

Poate că cele mai impresionante rezultate în dezvoltarea plantelor anaerobe au fost obținute de concernul suedez Kockums Submarin Systems. În submarinul francez Saga și submarinul suedez Naecken de tip A14, motoarele Stirling V4-275R au fost instalate în timpul procesului de modernizare, care au fost utilizate ca unități auxiliare pentru deplasarea economică subacvatică. La conversia într-o coastă de barcă robustă a submarinului Naecken, imediat după paza scaunului cu rotile, s-a făcut o inserare de aproximativ 8 m lungime cu două motoare Stirling de 110 kW care conduc generatoare de curent continuu. Stocul de oxigen lichid a permis ca barca Naecken să fie sub apă fără să suprafețe până la 14 zile.

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

Cel mai promițător proiect al suedezilor asociat cu promițătorul submarin Viking. Acest nume nu a fost ales la întâmplare. Alte două țări scandinave - Norvegia și Danemarca - ar trebui să participe la proiect. Kokums, în parteneriat cu companii de construcții navale norvegiene și daneze, a format un consorțiu pentru lucrări practice la proiect. În total, a fost planificat construirea a 12 submarine de nouă generație. Potrivit experților de vârf, acesta ar fi cel mai bun submarin non-nuclear al începutului secolului XXI. S-a planificat instalarea unui motor unic Stirling de mare putere (aproximativ 800 kW). Cu toate acestea, astăzi soarta lui Viking a căzut în mâinile unei companii europene de construcții navale controlate de preocupările germane. Și, desigur, nu sunt prea interesați de succesul scandinavilor, concurenții lor direcți.

Dintr-o dată, marina japoneză a venit în ajutorul scandinavilor, care în 1997 au lansat submarinul S 589 Asashio, pe care erau montate două motoare Stirling ca experiment. După finalizarea ciclului de testare, amiralele japoneze au decis să construiască o serie întreagă de submarine din clasa Soryu, primul dintre acestea urmând să intre în funcțiune în martie 2009. Aceste bărci sunt mult mai mari decât cele germane și suedeze (deplasări subacvatice de 4200 tone, lungime 84 m, echipaj 65 persoane) .

Și în sfârșit, ultima dintre puterile mondiale, americanii au făcut alegerea finală a tipului de instalație anaerobă. Soluția lor este lipsită de ambiguitate - motoarele Stirling. Pentru a face acest lucru, în 2005, Marina SUA a închiriat un submarin suedez de tip Gotland, echipat cu o unitate auxiliară Stirling non-volatilă. Conform revistei Jane Weekly Defense, submarinul trebuia folosit pentru testarea operațiunilor antisubmarine de către navele marinei americane. Barca a fost atribuită bazei navale din San Diego (California), unde se afla comanda războiului antisubmarine. Rețineți că Marina SUA a început recent să arate o atenție sporită asupra apărării anti-submarine. Acest lucru se datorează creșterii rapide a forțelor navale ale Armatei Populare de Eliberare din China și, mai ales, creșterii cantitative și îmbunătățirii calității flotei de submarine chineze.

Submarinul de tip Gotland este necesar și de Statele Unite pentru dezvoltarea tehnologiilor moderne de construcții navale submarine pierdute în Statele Unite. În 2006, Northrop Grumman Corporation of America și compania suedeză Kokums, care a construit submarinele de tip Gotland, au semnat un acord de cooperare. În cadrul acestei cooperări, specialiștii americani vor avea ocazia să studieze în detaliu designul celei mai recente flote submarine suedeze. Și marinarii suedezi care vor servi pe barcă împreună cu colegii lor americani îi vor ajuta în acest sens.

Potrivit experților de vârf, submarinele cu centrale electrice hibride nu numai că se apropie de navele cu energie nucleară, ci chiar le depășesc în anumiți indicatori. Astfel, în cadrul a două exerciții în Atlantic, desfășurate în 2003, submarinul suedez Halland cu motoare anaerobe Stirling a „învins” submarinul spaniol cu \u200b\u200bo instalație diesel-electrică convențională și apoi submarinul francez în situație de duel. De asemenea, ea a predominat în „bătălia” cu submarinul nuclear american Huston în Marea Mediterană. Trebuie remarcat faptul că Halland cu zgomot redus și performanță Halland costă de 4,5 ori mai ieftin decât rivalii săi nucleari.

Avantajele centralelor electrice hibride

Dat fiind aproximativ același nivel de perfecțiune a armelor și a armelor electronice ale majorității submarinelor din țările Europei de Vest - principalii furnizori de submarine de pe piața mondială, competitivitatea submarinelor promițătoare va fi în mare măsură determinată de tipul de motor utilizat în CE anaerobă.

Din toate convertoarele de energie cu ciclu direct cunoscut (motoare diesel, turbine cu abur și gaze, motoare cu combustie internă a carburatorului, ECG etc.) care pot fi utilizate ca parte a instalațiilor anaerobe, motoarele Stirling diferă favorabil într-o serie de calități care determină perspectiva utilizării lor pe submarine non-nucleare : zgomot practic din cauza absenței proceselor explozive în cilindrii motorului și a mecanismului de sincronizare a supapei și a unui ciclu de rulare destul de lin cu un nivel relativ cuplul vnomernom, care afectează în mod direct submarine stealth acustice - componenta principală a indicelui global - „submarin stealth“; eficiență ridicată (până la 40%), care este semnificativ mai mare decât indicatorul corespunzător al celor mai bune probe de motoare diesel și ICE de carburator; posibilitatea utilizării mai multor tipuri de combustibili hidrocarburi ca combustibil (combustibil solar, gaz natural lichefiat, kerosen etc.); funcționarea motoarelor Stirling care funcționează pe combustibil tradițional nu necesită crearea unei infrastructuri costiere complexe (spre deosebire de generatoarele electrochimice); resursa motorie a motoarelor moderne Stirling este de 20 ... 50 de mii de ore, care este de 3 ... 8 ori mai lungă decât durata de viață a bateriilor de combustibil (aproximativ 6 mii de ore); cu o durată de viață a submarinelor de aproximativ 25 ... 30 de ani, utilizarea motoarelor Stirling va reduce numărul necesar de submarine cu 35 ... 40% în comparație cu numărul necesar de bărci cu generatoare electrochimice (datorită fiabilității mai mari).

Conform mai multor experți străini și autohtoni, motorul Stirling este cel mai competitiv tip de motor pentru centralele electrice anaerobe din submarine non-nucleare, datorită avantajelor de mai sus. Mai mult decât atât, în prezent sunt dezvoltate instalații care cresc autonomia subacvatică până la 30 ... 45 de zile în moduri de funcționare economică, în viitorul apropiat motorul Stirling poate fi considerat ca o singură sursă de alimentare cu orice mod, oferind atât viteză subacvatică cât și pe suprafață pe întregul interval de sarcină.

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

Marina Rusă este interesată să creeze submarine cu centrale electrice anaerobe pentru utilizare în Mările Baltice și Negre, unde utilizarea navelor cu energie nucleară este exclusă din motive politice. Cererea totală a Marinei în astfel de submarine este de aproximativ 10-20 de unități. În viitorul apropiat, piața internațională a armelor va deveni o piață foarte mare pentru submarinele non-nucleare cu motoarele Stirling. 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 estimată variază între 300 și 400 de submarine, cu un cost mediu submarin de aproximativ 300 ... 400 milioane USD.

În prezent, submarinele non-nucleare fac parte din 30 de flote de țări străine. Având în vedere că durata de exploatare a acestor bărci este estimată la aproximativ 30 de ani și că cele mai multe dintre ele au fost construite cel târziu la sfârșitul anilor optzeci ai secolului trecut, se poate aștepta ca din 2010 multe dintre aceste țări să se gândească la achiziționarea de noi submarine non-nucleare în locul navelor învechite care s-au epuizat resursa ta.