Научно-технический задел по воздухонезависимым установкам создан. Проработана установка с паровым реформингом с электрохимическим генератором на твердотелых элементах. Создан ее промышленный образец. Из принципиальных технологий в ней реализовано получение из дизельного топлива водорода, создание электрохимического генератора, извлекающего из водорода электрический ток и удаление отходов жизнедеятельности первого цикла. То есть получающегося в ходе реакции СО2. Эта проблема еще дорабатывается, но при должном финансировании будет решена.
В первую очередь, ВНЭУ избавляет корабль от необходимости всплывать на поверхность для подзарядки аккумуляторов и пополнения запаса воздуха, необходимого для работы дизель-генераторов в подводном положении.
Как указывается, в настоящее время в наибольшей мере в деле разработки ВНЭУ продвинулись немцы, создавшие подлодку проекта U-212/214. В 2014 году о своих успехах в этом направлении сообщила французская DCNS, оснастившая рассматриваемой установкой субмарину типа «Scorpene». Проектом более крупной субмарины компании, востребованным ВМС Австралии, является «SMX Ocean» (он же «Shortfin Barracuda»). В Индии ВНЭУ разрабатывается применительно к лодкам типа Kalvari (на базе Scorpene).
В отличие от указанного зарубежного опыта российская ВНЭУ подразумевает совершенно иной метод функционирования: водород не перевозится на борту, а получается непосредственно в установке с помощью реформинга дизельного топлива.
Эксперт в области военно-морских вооружений Владимир Щербаков полагает, что субмарины с ВНЭУ позволяют успешно действовать в акваториях, плотно контролируемых неприятелем.
Возможность не подвсплывать важна там, где активно действуют противолодочные силы противника. Достаточно вспомнить, какой легкой добычей для немцев были наши лодки на Балтике во время Великой Отечественной. Аналогичная ситуация сложилась и для немецких подводников в Северной Атлантике к концу войны.
По его мнению, лодки данного типа имеют высокий экспортный потенциал, в особенности в странах, не обладающих атомным подводным флотом. Для России, как он считает, на данном этапе достаточно ограничиться парой лодок проекта «Лада» для отработки технологий и подготовки специалистов.
С защитой баз и побережья от вражеских атомных лодок сейчас вполне справляются и хорошо освоенные серийные «Варшавянки».
На текущий момент «Адмиралтейские верфи» в Санкт-Петербурге строят две «Лады»: «Кронштадт» и «Великие Луки». Головная субмарина этого проекта — «Санкт-Петербург» — проходит опытную эксплуатацию на Северном флоте. Анаэробной энергетической установки на ней пока нет.
Неразличимые в морской глубине, практически бесшумные и, что самое главное – полностью автономные. Именно таковой будет неатомная субмарина «Лада». Эту возможность лодке обеспечит новейшая анаэробная – воздухонезависимая энергетическая установка (ВНЭУ). Она избавит корабль от необходимости постоянно всплывать на поверхность для подзарядки аккумуляторов и пополнения запаса воздуха, необходимого для работы дизель-генераторов в подводном положении. Благодаря новым агрегатам, «Лада» сможет находиться в подводном положении до нескольких недель, не выдавая своего присутствия.
Неатомные подводные лодки приводятся в движение моторами с помощью накопленной аккумуляторами электроэнергии. Однако, заряда батарей хватает ненадолго. Передвижение в зоне боевого патрулирования со скоростью 2-4 узла в подводном положении может длиться максимум четверо суток; при этом батареи разряжаются на 80%. И для их подзарядки требуется двое суток. При движении с максимальной скоростью, аккумуляторы вообще разряжаются за считанные часы. После этого их приходится подзаряжать с помощью дизеля, которому для работы нужен воздух. То есть, лодка должна обязательно всплыть на поверхность на подзарядку аккумуляторов, тем самым полностью себя демаскировав. Именно по этой причине во Время второй мировой войны погибло больше экипажей лодок, чем их было уничтожено глубинными бомбами или минами в подводном положении. Всплывавшие на поверхность лодки становились легкой мишенью для барражирующей над морем авиации противника. И зачастую, спасаясь от авиаудара, экипаж совершал экстренное погружение, даже не успев закрыть люк рубочной шахты. Анаэробный, или воздухонезависимый двигатель – это двигатель, которому для работы не нужен атмосферный воздух. Корабль может не всплывать постоянно на поверхность для подзарядки, а значит, будет оставаться незамеченным для противника.
Пионерами в мировой разработке ВНЭУ считаются немцы с субмариной проекта U-212/214. В 2014 году об успехах в создании аналогичных систем сообщила французская оборонная компания DCNS. Созданная ей установка предназначена для подлодок типа «Scorpene». Другой проект DCNS – более крупная субмарина, известная под именами «SMX Ocean» и «Shortfin Barracuda», был выбран ВМС Австралии для своей программы. Однако самой успешной и опасной считается шведская лодка HSwMS Gotland. Этот корабль стал настоящей легендой. Причем не шведского, а американского флота. Корабль построен из маломагнитной стали. На его борту стоят 27 компенсирующих электромагнитов, которые полностью исключают обнаружение корабля детекторами магнитных аномалий. Благодаря всережимному электродвигателю и виброзащите механизмов, Gotland практически не различается локаторами даже в непосредственной близости от американских кораблей. Лодка сливается с естественным тепловым и шумовым фоном океана. Но самое главное, что она, вооруженная 18 торпедами, может не всплывать на поверхность до 20 суток.
Самые совершенные российские неатомные подводные лодки проекта 636.3 «Варшавянка» за малошумность и скрытность получили название «черная дыра». Сегодня они вооружены самыми совершенными торпедами и крылатыми ракетами «Калибр». Первые способны потопить любой корабль или даже авианосец. Вторые – уничтожить береговую цель на дальности до 2,5 тысяч километров. Но, как и корабли второй мировой войны, «Варшавянка» вынуждена часто всплывать для подзарядки аккумуляторов, а значит, в длительном противостоянии экипаж такого корабля всегда будет уязвим.
Новейшие подлодки «Лада» идут на смену «Варшавянкам». Сегодня в составе Военно-морского флота уже несет боевую вахту первая субмарина этого проекта «Санкт-Петербург». Вторую – «Кронштадт» сдадут флоту в 2018 году. Третья – «Великие Луки» еще на стапелях судостроительного завода. Предполагается, что следующая за ней лодка будет спущена на воду уже с отечественной анаэробной энергетической установкой. По своим характеристикам она будет существенно отличатся от тех, что стоят на западных кораблях. Над этим сегодня работают два конструкторских бюро традиционно занимающиеся проектированием подводных кораблей: Санкт-петербургское морское бюро машиностроения «Малахит» и Центральное конструкторское бюро морской техники «Рубин». Детали проекта пока находятся в тайне. Известно, что в основу российской разработки заложен паровой реформинг с электрохимическим генератором на твердотельных элементах. Уже создан его промышленный образец. Из принципиальных технологий в нем реализовано получение из дизельного топлива водорода, создание электрохимического генератора, извлекающего из водорода электрический ток и удаление отходов жизнедеятельности первого цикла. То есть, того, который получается в ходе реакции СО2. Это принципиально отличает российскую систему от зарубежных аналогов, поскольку не нужно возить запас водорода на борту. Его получают непосредственно в установке с помощью реформинга дизельного топлива.
Профессор академии военных наук Вадим Козюлин говорит, что появление воздухонезависимых кораблей серьезно повысит боевой потенциал дизель-электрических подводных лодок. Основное место их применения – внутренние моря с малыми глубинами. Это Балтийское, Черное, Каспийское или Южно-Китайское.
tvzvezda.ru
http://flot.com/news/navy/index.php?ELEMENT_ID=160902
Тем более, что в 2012 году вообще хотели отказаться от проекта из-за проблем с силовым агрегатом и акустическим комплексом, по словам тогдашнего главкома Высоцкого:...заявленные технические характеристики подводных лодок проекта 677 не подтверждаются на испытаниях головной подлодки "Санкт-Петербург". «В существующем виде "Лада" ВМФ России не нужна. Нам не нужны новые „мозги“ с оружием, которые сидели бы на энергетике Второй мировой войны. Зачем? Кому это надо? И оперативные свойства у нее такие же
http://warsonline.info/vmf/vmf-rossii-otkazivaetsya-podvodnich-lodok-proekta-677-lada.html
Проблему с акустикой "Рубин" похоже решил,а вот решение проблемы с силовым агрегатом имеет два варианта - или литиевые аккумуляторы довели, или ГЭД от 636 поставили. Тем более, что проскакивала информаия:http://itar-tass.com/spb-news/1343737
Причем похоже отрабатывали как на "Санкт-Петербурге", так и на опытной ПЛ пр. 20120 "Саров", которая и должна была испытывать первый российский экспериментальный двигатель на водородном топливе для ДЭПЛ пр. 677 "Лада. И вот похоже этой лодкой станет "Кронштадт", заложенный 28.07.2005 г. До середины 2012 года строительство было заморожено. С начала 2013 года строительство вроде бы планировали возобновилось, правда сообщение о возобновлении появилось 9 сентября 2013 года.ОАО "Адмиралтейские верфи" возобновляет строительство второй подводной лодки проекта 677 "Лада" - "Кронштадт".
http://flotprom.ru/news/?ELEMENT_ID=148778
По плану лодку должны спустить на воду в этом году. Фотография части корпуса одной из лодок пр. 677 "Лада" на "Адмиралтейских верфях", сделанная в июле этого года.
topwar.ru
Октябрь 2014 года запомнится масштабной поисковой операцией, которую в своих территориальных водах провели шведские военные. Для поиска иностранной подводной лодки, которая, по сообщениям очевидцев, проникла в акваторию Стокгольмского архипелага, были мобилизованы все военно-морские силы страны. Для розыска субмарины были задействованы сотни военных и использованы современные технологии, но даже эти сверхусилия не позволили обнаружить нарушителя. Результатом многодневного поиска стал снимок морского дна, на котором отчетливо просматриваются следы подлодки. Это единственное доказательство было представлено в оправдание того, что на поисковую операцию было потрачено почти 2,7 млн долларов. Какая это была подлодка, едва ли станет известно в ближайшее время. Но лучше всего умеют водить за нос флот целой страны маленькие дизель-электрические субмарины с воздухонезависимыми двигателями. Это технологии, которые позволяют неатомной подводной лодке небольшого размера быть практически незаметной и длительное время не подниматься на поверхность.
В организации этого переполоха полагали уличить российский флот, скорее всего, подозрения зародились в связи с тем, что незадолго до этого инцидента несколько раз звучали заявления о создании в России принципиально новой подводной лодки. Последние месяцы на официальном уровне неоднократно говорилось о серьезных характеристиках субмарины, главным преимуществом называли ее высокую скрытность и автономность. В частности, говорилось, что они будут обладать ресурсом, который позволит находиться под водой до 20 суток, что должно стать рекордом среди неатомных кораблей.
Проект подводных лодок типа 677 «Лада» реанимирован и признан уникальным
В конце лета главнокомандующий ВМФ адмирал Виктор Чирков сообщил, что в 2015 году Россия приступит к испытаниям подводной лодки с воздухонезависимым двигателем, или, как еще называют, анаэробной силовой установкой, которую уже не первый год разрабатывают в ЦКБ «Рубин». В продолжение темы, 1 октября представители оборонно-промышленного комплекса заявили, что в России в ближайшее время начинается серийное производство анаэробных энергетических установок на водородном топливе для дизельных подводных лодок. Этому решению предшествовали испытания экспериментального двигателя на опытной подлодке Б-90 «Саров», которая используется для тестирования новых образцов вооружений и техники. Также было объявлено, что параллельно проведено тестирование опытного макета на стенде и оно признано успешным. Следующий этап испытания двигателя будет производиться непосредственно на лодке, которой предстоит выходить с этим агрегатом в море. Было также заявлено, что принято решение о серийном производстве этих силовых установок, в настоящее время ведется производство комплектующих деталей для опытного образца.
Характеристики нового российского двигателя не разглашаются, однако известно точно: он относится к типу воздухонезависимых силовых установок. Подобные двигатели имеют самые совершенные на сегодняшний день немецкие дизель-электрические подлодки проектов U-212 и U-214. Сообщается, что российская анаэробная силовая установка основана на преобразовании химической энергии в электрическую без движения и горения. По сути, это электрохимический генератор, где происходит химическая реакция – соединение кислорода и водорода, при этом электроэнергия выделяется бесшумно, а единственным побочным продуктом процесса является дистиллированная вода. КПД такой установки достигает 70 процентов, а уровень шума подлодки на анаэробном ходу ниже естественных морских шумов. От зарубежных аналогов российские установки отличаются методом получения водорода. Чтобы не возить газ высокой чистоты на борту подлодки, его синтезируют из дизтоплива методом реформинга.
Однако эксперты с осторожностью отзываются об этой силовой установке, по некоторым сведениям, этот агрегат далек от совершенства, и лечить его «детские болезни» придется еще не один год. И это порождает дополнительную интригу, ведь новые двигатели делаются для дизель-электрических подлодок типа 677 «Лада»; других значимых проектов в такой высокой степени готовности в России нет. Получается, что от успехов создания этой силовой установки зависит возобновление проекта строительства субмарин этого класса, который был свернут из-за того, что флот не устраивали характеристики предложенного ранее воздухонезависимого двигателя. Планируется, что уже в ближайшее время анаэробный отсек появится на одной из спущенных на воду подлодке «Лада» и пройдет на ней полный цикл испытаний. Если на этот раз экзамен будет сдан, то с 2017 года базовое предприятие судостроительной отрасли, Центр неатомного подводного кораблестроения ОАО «Адмиралтейские верфи», получит заказ на строительство неатомных подводных лодок нового поколения.
Напомним, что подлодки «Лада» предназначены для уничтожения субмарин и надводных кораблей противника. Для снижения шумности в них применены виброизоляторы, всережимный гребной электродвигатель на постоянных магнитах, корпус лодки покрыт материалом, поглощающим сигналы гидролокаторов. Вооружена «Лада» торпедами и ракетоторпедами в горизонтальных и вертикальных пусковых установках. Разработчики субмарины ЦКБ морской техники «Рубин» рекомендовали ее как новейшую дизель-электрическую подводную лодку четвертого поколения, оснащенную вспомогательной анаэробной энергетической установкой. Однако первая лодка серии «Санкт-Петербург» была спущена на воду в классическом дизель-электрическом варианте, это вызвало скандал, а впоследствии приостановку проекта. Теперь выясняется, что в лучшем случае анаэробная установка будет установлена на третьем корабле серии. В настоящее время в разной степени готовности находятся еще два корабля проекта 677 «Кронштадт» и «Севастополь», по всей видимости, их строительство будет возобновлено, если испытание водородного двигателя завершится успешно.
Военные моряки возлагают большие надежды на воздухонезависимые силовые установки, готовы найти им широкое применение: например, не исключается вероятность, что ими оснастят и ветерана российского флота – дизель-электрическую подводную лодку проекта 636 «Варшавянка». Это обосновывается необходимостью экономии средств и оптимизации расходов. В составе флота имеется 23 корабля этого проекта, заложено еще шесть, такое большое число лодок неплохо было бы модернизировать. Тем более что эксперты считают: «Варшавянки» уже отшлифованы и доведены до ума, и их переоборудование для новых двигателей займет максимум два года, а вот на «Ладах» интеграция бортовых систем и энергетической установки может растянуться на 5–10 лет, так как проект еще сырой.
Американцы перешли на атомные подводные лодки
Бывший начальник Главного штаба ВМФ (в 1992–1996 годах) адмирал Валентин Селиванов рассказал «Совершенно секретно», что в Советском Союзе, а затем в России уже на протяжении пятидесяти лет пытаются создать воздухонезависимый двигатель для подводных лодок и только в последнее время наметились сдвиги.
«На все традиционные дизель-электрические подводные лодки устанавливаются мощные аккумуляторные батареи, которые служат единственным источником энергии в подводном положении. Если субмарина двигается в экономичном режиме, то есть со скоростью два узла или четыре километра в час можно не заряжать батареи до трех суток. Но когда появляется необходимость ускориться, чтобы, допустим, оторваться от противника, разогнаться, к примеру, до 17 узлов, то запас энергии сократится до восьми часов. Для сравнения: атомные подлодки находятся в подводном положении месяцами. Только на поверхности судно получает возможность подзарядки батарей, с этой целью используются двигатели внутреннего сгорания, для работы которых требуется кислород. Именно в момент подзарядки подлодки становятся наиболее уязвимыми.
Над проблемой подзарядки батарей в подводном положении первыми задумались немцы, которые во время Второй мировой войны придумали использовать устройство для работы двигателя под водой, так называемый шноркель. По сути, это выхлопная труба, которая выводилась над водой. Но даже это примитивное изобретение существенно улучшило скрытность субмарин: для вентиляции и зарядки аккумуляторов лодке со шноркелем можно было вместо всплытия идти на перископной глубине, около15 метров. При этом на поверхности находилась только вершина трубы, которая по сравнению со всплывшей субмариной была малозаметна. Но это не стало окончательным решением проблемы, поскольку оставалось множество демаркирующих признаков. Только сегодня этот недостаток дизельных подлодок устранен, сейчас распространения получили четыре вида воздухонезависимых двигателей: с внешним подводом тепла (двигатель Стирлинга), дизели замкнутого цикла, паротурбинные установки замкнутого цикла и энергетические установки с электрохимическими генераторами. Эти силовые установки позволяют вырабатывать необходимую энергию без всплытия лодки и по показателям автономности практически сравнялись с атомными.
Кстати, американцы еще в 1960-х годах создали свой анаэробный двигатель, но не стали его использовать, поскольку примерно в то же время полностью отказались от дизельных подводных лодок и делают только атомные. Тем не менее сегодня технологию воздухонезависимых двигателей используют в нескольких странах мира, которые ведут патрулирование во внутренних морях. В ограниченных акваториях лодки этого типа могут справиться с теми же задачами, что и АПЛ, но с меньшими затратами. Развивать такую технологию в России необходимо: без современной силовой установки подводные лодки становятся неконкурентоспособными в море и на рынке вооружений; в последнее время иностранные покупатели требуют, выдвигают условия – ставить на неатомные подлодки анаэробный двигатель».
Россия проиграла конкурентную борьбу в строительстве инновационных двигателей
В мире некоторые страны активно занимаются созданием подлодок, оснащенных воздухонезависимыми двигателями. Главными их плюсами является то, что они проще и дешевле в постройке и эксплуатации, экологичнее, менее шумны. По мнению ведущих специалистов, должен повышаться спрос на неатомные подводные лодки, которые уже в настоящее время по своим характеристикам не только приблизились к атомоходам, но по некоторым показателям даже превосходят их, будучи при этом в несколько раз дешевле. Это значит, что страны, умеющие делать такие субмарины, имеют большой экспортный потенциал. Мировой рынок подводных лодок в ближайшее время составит порядка полутысячи субмарин, стоимость каждой – несколько сотен миллионов долларов.
Пионерами в мировой разработке воздухонезависимых силовых установок вполне закономерно являются немцы, имеющие огромные традиции подводного флота и создавшие эталонный проект U-212/214. Кроме того, в настоящее время анаэробные установки имеют французские подлодки, испанские, шведские, японские и китайские. В 2011 году в Организации оборонных исследований и разработок Индии заявили, что тоже занимаются созданием воздухонезависимой силовой установки для подводных лодок. В последние годы ряд стран, в том числе Швеция, Япония, уже официально сообщают о начале работ по созданию подлодки пятого поколения, где предполагается использование всережимного единого двигателя Стирлинга (который может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла) как для надводного, так и для подводного плавания. По всей видимости, у России пока недостаточно технологий, чтобы в короткие сроки создать воздухонезависимые силовые установки. По сути, Россия – единственная из стран мира, серьезно занимающаяся строительством подводных лодок, которая не смогла создать дизельную субмарину пятого поколения.
Главный редактор журнала «Национальная оборона» Игорь Коротченко рассказал «Совершенно секретно», что сегодня в России наметился некоторый прогресс в создании воздухонезависимых двигателей: «Для России это, по сути, освоение новых технологий, работы по созданию таких силовых агрегатов особенно интенсивно ведутся в последние годы, но, наверное, не так быстро как хотелось бы. Думаю, в ближайшее время их начнут устанавливать на российских подводных лодках».
Между тем еще пять лет назад положение казалось совсем отчаянным, осенью 2009 года появилась информация о возможных закупках зарубежных неатомных подводных лодок четвертого поколения для ВМФ РФ в Германии. Позже руководство ВМФ России опровергло это сообщение, заявив, что речь может идти лишь о закупке новой технологии по производству анаэробных энергетических установок. Позже выяснилось, что контракт не состоялся, поскольку немцы запросили слишком много. По некоторым данным, продавцы настаивали на покупке корабля в полном комплекте, куда входят док, учебный центр, центр материально-технического обеспечения, защищенное укрытие и программа подготовка личного состава в Германии.
Уже даже не верится, что ФРГ и СССР изначально являлись главными конкурентами в борьбе за мировой рынок подводных вооружений. Практически одновременно в середине 1980-х начали работы по созданию неатомных подводных лодок четвертого поколения. В итоге немецкие компании Howaldtswerke-Deutsche Werft GmbH и Thyssen Nordseewerke GmbH спроектировали и в 1998 году заложили четыре неатомные субмарины четвертого поколения проекта 212. Сейчас для подводного флота Германии эти корабли уже построены. Энергетическая установка на лодках проекта 212 включает обычную дизель-электрическую, дополненную анаэробной энергоустановкой на основе электрохимического генератора. А российские моряки по-прежнему живут надеждами и обещаниями представителей ОПК, которые заявляют, что с созданием на «Рубине» собственной воздухонезависимой силовой установки Россия, наконец, догонит Германию.
Развитие неатомных подлодок затормозилось
Главной тенденцией в развитии подводных лодок всегда будет дальнейшее увеличение скрытности. Маленькие субмарины, оснащенные воздухонезависимыми силовыми установками, по мнению экспертов, считаются стандартом незаметности, и небезосновательно. Например, во время двух учений в Атлантике, прошедших в 2003 году, шведская лодка Halland с анаэробными двигателями, которая использовалась как учебная цель, переиграла в дуэльной ситуации испанскую субмарину с обычной дизель-электрической установкой, а затем и французскую атомную субмарину. Позже Halland в Средиземном море сумела уйти от американской атомной подлодки Houston (тип Los Angeles). При этом необходимо отметить, что малошумный и высокоэффективный Halland стоит в 4,5 раза дешевле своих атомных соперников.
Однако, по оценке ряда экспертов, незаметность субмарин практически достигла предела, развитие малых подводных лодок может затормозиться из-за того, что технологии создания топливных элементов воздухонезависимых силовых установок также не двигаются вперед, и дальнейшие возможности для их усовершенствования в ближайшее время не предвидятся. Так, в отчетах Американского физического общества и Национальной академии наук США отмечается: для того чтобы реализовать программу широкого применения водородной энергетики необходимо осуществить технологический прорыв не менее чем в 100 направлениях современной науки. В 2006 году федеральное финансирование водородной программы в Соединенных Штатах было прекращено. Заявлено, что создание таких топливных элементов нерентабельно.
maxpark.com
www.freepatent.ru
В анаэробной энергоустановке источник водорода выполнен в виде системы генерации водорода на основе гидрида металла. Контур охлаждения двигателя содержит насос и теплообменник-холодильник и проходит через теплообменник-нагреватель замкнутого контура нагрева системы генерации водорода. Линия отвода продуктов сгорания последовательно проходит через нагреватель двигателя Стирлинга, пароперегреватель и парогенератор пароэжекторной холодильной машины и связывает камеру сгорания с емкостью для хранения конденсата. Замкнутый контур нагрева системы регенерации водорода содержит насос, теплообменник-нагреватель и электронагреватель. Использование изобретения позволит повысить долговечность работы нагревателя двигателя Стирлинга и получить дополнительную низкопотенциальную энергию для систем холодоснабжения специального объекта. 1 ил.
Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в качестве энергетической установки для объектов, функционирующих без связи с атмосферой, например специальных фортификационных сооружений.
Известны схема и принцип работы пароэжекторной холодильной машины, включающей в себя парогенератор, эжектор, в который поступает рабочая среда из парогенератора и холодильника, холодильник (испаритель), конденсатор, откуда рабочая среда поступает в парогенератор и холодильник, питательный насос перед парогенератором и дроссельный вентиль перед холодильником, при этом подвод высокотемпературной теплоты (нагрев) осуществляется в парогенераторе, а подвод низкотемпературной теплоты (охлаждение) - в холодильнике (Чечеткин А.В., Занемонец Н.А. Теплотехника./Учеб. для хим.-техн. вузов/. М. : "Высшая школа", 1986, стр. 105). Однако для повышения эффективности холодильной машины в ее состав целесообразно включить пароперегреватель. Известна энергетическая установка с двигателем Стирлинга, включающая в себя двигатель Стирлинга и тепловую машину, работающую за счет теплоты отработанных газов двигателя и генерирующую холод для снижения минимальной температуры цикла двигателя Стирлинга (Патент РФ N 2099564, F 02 G 5/00. Бюл. N 35 от 20.12.97). Однако данная установка связана с атмосферой воздуха и осуществляет выброс отработавших газов в окружающую среду. Известно устройство автономной энергоустановки с двигателем Стирлинга, включающее в себя двигатель Стирлинга, нагреватель которого размещен в камере сгорания, источник кислорода - емкость с жидким кислородом, источник водорода - емкость с жидким водородом, линию отвода продуктов сгорания, емкость для хранения конденсата (Заявка на изобретение РФ N 96116770. Бюл. N 32 от 20.11.98, F 02 G 1/04). Однако в данном устройстве нагреватель двигателя Стирлинга размещен в камере сгорания, что снижает долговечность работы этого узла при работе на водородном горючем. Известно устройство анаэробной энергохолодильной установки с двигателем Стирлинга, включающее в себя двигатель Стирлинга, камеру сгорания, совмещенную с нагревателем двигателя, источник кислорода, выполненный в виде емкости с жидким кислородом, источник водорода, выполненный в виде системы генерации водорода на основе гидрида металла, контур охлаждения двигателя, содержащий насос и теплообменник-холодильник, линию отвода продуктов сгорания, емкость для хранения конденсата (Заявка на изобретение РФ N 96116460, Бюл. N 29 от 20.10.98, F 02 G 1/04). Однако в данном устройстве нагреватель двигателя Стирлинга размещен в камере сгорания, что снижает долговечность работы этого устройства на водородном горючем, а также при длительном хранении жидкого кислорода необходима система для переконденсации выпаров. Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении долговечности работы нагревателя двигателей Стирлинга, в получении дополнительной низкопотенциальной энергии в виде холода для систем холодоснабжения специального объекта, снижении эксплуатационных затрат при длительном хранении кислорода. Для достижения этого технического результата анаэробная энергоустановка с двигателем Стирлинга и водородосодержащим топливом включает в себя двигатель Стирлинга, камеру сгорания, источник кислорода, выполненный в виде емкости с газом высокого давления, источник водорода, выполненный в виде системы генерации водорода на основе гидрида металла, контур охлаждения, содержащий насос и теплообменник-холодильник, линию отвода продуктов сгорания, емкость для хранения конденсата снабжена линией подвода газообразного кислорода с регулирующими вентилями, линией подвода газообразного водорода с регулирующим вентилем и компрессором, пароэжекторной холодильной машиной с пароперегревателем, линией возврата остаточного водорода из емкости для хранения конденсата в камеру сгорания с расположенным на ней компрессором, при этом линия отвода продуктов сгорания последовательно проходит через нагреватель двигателя Стирлинга, пароперегреватель и парогенератор пароэжекторной холодильной машины и связывает камеру сгорания, выполненную с палладиевым катализатором, с емкостью для хранения конденсата, а также замкнутым контуром нагрева системы генерации водорода, содержащим насос, теплообменник-нагреватель и электронагреватель, причем контур охлаждения двигателя проходит через теплообменник-нагреватель замкнутого контура нагрева системы генерации водорода, а через теплообменник-холодильник контура охлаждения двигателя проходит магистраль с охлаждающей водой. Введение в состав анаэробной энергоустановки с двигателем Стирлинга и водородосодержащим топливом источника кислорода, выполненного в виде емкости с газом высокого давления, линий подвода газообразных компонентов топлива (кислорода и водорода), пароэжекторной холодильной машины с пароперегревателем, линии отвода продуктов сгорания, последовательно проходящих через нагреватель двигателя Стирлинга, пароперегреватель и парогенератор пароэжекторной холодильной машины, связывающей камеру сгорания с емкостью для хранения конденсата, а также линии возврата остаточного водорода из емкости для хранения конденсата в камеру сгорания, замкнутого контура нагрева системы генерации водорода с электронагревателем и теплообменником-нагревателем, через который проходит контур охлаждения двигателя, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности использования теплового потенциала продуктов сгорания (смеси паров воды и водорода) для получения механической энергии в двигатели Стирлинга и холода в пароэжекторной холодильной машине, а также снижение затрат на хранение кислорода за счет его перевода из криогенного состояния в газообразное при высоком давлении. На чертеже изображена анаэробная энергоустановка с двигателем Стирлинга и водородосодержащим топливом. Анаэробная энергоустановка включает в себя емкость с газообразным кислородом высокого давления 1, систему генерации водорода 2, линию подачи кислорода 3 с регулирующим вентилем 4, линию подачи водорода 5 с регулирующим вентилем 6 и компрессором 7, камеру сгорания с палладиевым катализатором 8, двигатель Стирлинга 9 с нагревателем 10, пароэжекторную холодильную машину 11 с парогенератором 12 и пароперегревателем 13, линию отвода продуктов сгорания 14, последовательно проходящую через нагреватель 10 двигателя Стирлинга 9, пароперегреватель 13 и парогенератор 12 пароэжекторной холодильной машины 11 и связывающую камеру сгорания 9 с емкостью для хранения конденсата 15, а также линию возврата остаточного водорода 16 из емкости хранения конденсата 15 в камеру сгорания 8 с расположенным на ней компрессором 17, контур охлаждения 18 двигателя 9, содержащий насос 19 и теплообменник-холодильник 20, через который проходит магистраль 21 с охлаждающей водой, замкнутый контур 22 нагрева системы генерации водорода 2, содержащий насос 23, электронагреватель 24 и теплообменник-нагреватель 25, через который проходит контур охлаждения 18. Анаэробная энергоустановка с двигателем Стирлинга и водородосодержащим топливом работает следующим образом. В период функционирования специального объекта в анаэробном режиме (без связи с воздухом атмосферы) из емкости 1 и системы генерации водорода 2 по линиям 3 и 5 через регулирующие вентили 4 и 6 в камеру сгорания 8 подаются соответственно кислород и водород. Источником тепла служит водород, сгорающий в кислороде в камере 8 с палладиевым катализатором. При горении образуются водяные пары. Давление в процессе горения поддерживается за счет водорода, подаваемого компрессором 7. Продукты сгорания (пары воды и водород при температуре около 1000 K) по линии 14 сначала подаются в нагреватель 10 двигателя Стирлинга 9, где передают часть своей теплоты рабочему телу двигателя 9, за счет чего генерируется полезная механическая энергия, а затем проходят через пароперегреватель 13 и парогенератор 12 пароэжекторной холодильной машины 11, где отдают остаточную часть своей тепловой энергии рабочему теплу холодильной машины 11, обеспечивая ее работу, в результате чего генерируется холод, расходуемый на нужды специального объекта, при этом пары из продуктов сгорания конденсируются. При выходе из парогенератора 12 компоненты продуктов сгорания по линии 14 поступают в емкость для хранения конденсата 15, где конденсат паров воды сливается на дно емкости, а газообразный водород с помощью компрессора 17 по линии подачи оставшегося водорода 16 подается в камеру сгорания 8. Для снятия тепловой нагрузки с двигателя Стирлинга 9 предусмотрен контур охлаждения 18, по которому насосом 19 теплоноситель подается сначала в теплообменник-нагреватель 25, где передает часть своей теплоты в замкнутый контур 22, а затем охлаждается в теплообменнике-холодильнике 20 за счет теплообмена с охлаждающей водой, проходящей по магистрали 21. Замкнутый контур нагрева 22 предназначен для передачи тепловой энергии от контура охлаждения 18 к системе генерации водорода 2. Для этой цели теплоноситель, получив теплоту от контура охлаждения 18 в теплообменнике-нагревателе 25, с помощью насоса 23 подается в систему генерации водорода 2. Для увеличения тепловой нагрузки на систему 2 (увеличения выхода водорода) предназначен электронагреватель 24.Формула изобретения
Анаэробная энергоустановка с двигателем Стирлинга и водородосодержащим топливом, включающая в себя двигатель Стирлинга, камеру сгорания, источник кислорода, источник водорода, выполненный в виде системы генерации водорода на основе гидрида металла, контур охлаждения двигателя, содержащий насос и теплообменник-холодильник, линию отвода продуктов сгорания, емкость для хранения конденсата, отличающаяся тем, что источник кислорода выполнен в виде емкости с газом высокого давления, а установка снабжена линией подвода газообразного кислорода с регулирующим вентилем, линией подвода газообразного водорода с регулирующим вентилем и компрессором, пароэжекторной холодильной машиной с пароперегревателем, линией возврата остаточного водорода из емкости для хранения конденсата в камеру сгорания с расположенным на ней компрессором, при этом линия отвода продуктов сгорания последовательно проходит через нагреватель двигателя Стирлинга, пароперегреватель и парогенератор пароэжекторной холодильной машины и связывает камеру сгорания, выполненную с палладиевым катализатором, с емкостью для хранения конденсата, а также замкнутым контуром нагрева системы генерации водорода, содержащим насос, теплообменник-нагреватель и электронагреватель, причем контур охлаждения двигателя проходит через теплообменик-нагреватель замкнутого контура нагрева системы генерации водорода, а через теплообменник-холоднильник контура охлаждения двигателя проходит магистраль с охлаждающей водой.РИСУНКИ
Рисунок 1www.findpatent.ru
Проектирование ВНЭУ осуществлял шанхайский НИИ-711 (Shanghai Marine Diesel Research Institute) китайской государственной судостроительной корпорации China Shipbuilding Industry Corporation (CSIC). Отдельное подразделение по «специальным двигателям» было сформирована в НИИ-711 более 10 лет назад, хотя активные работы в этой области велись и ранее. Отправной точкой в проектировании послужил двигатель Стирлинга 4-275 мощностью 75 кВт производства шведской компании United Stirling AB. После освоения серийного производства копии данного двигателя, он был использован для оснащения китайских подводных лодок проекта 039B.
Главным недостатком двигателей Стирлинга является их невысокая удельная мощность. Мощность скопированной шведской установки не вполне устраивала китайцев. Отмечается, что лодке проекта 039B после разрядки аккумуляторов из-за движения скоростью 20 узлов на протяжении нескольких часов, пришлось бы несколько дней двигаться под двигателем Стирлинга со скоростью не более двух узлов, чтобы полностью зарядить батареи.
Новое поколение двигательных установок на основе двигателей Стирлинга, созданное в НИИ-711, имеет мощность от 160 до 217 кВт. Если «подводная лодка нового типа» (под ней, видимо, понимается лодка проекта 039C) будет, подобно лодке проекта 039B оснащена четырьмя двигателями Стирлинга, то это обеспечит ей мощность в 640-868 кВт. Из этого следует, что новая китайская подводная лодка сможет осуществлять в подводном положении зарядку аккумуляторов при помощи двигателей Стирлинга с той же скоростью, с какой обычная подводная лодка типа «Кило» осуществляет подзарядку при помощи своих дизель-генераторов в режиме РДП.
Когда китайцы зондировали почву по нашим Амурам, они предполагали оснащать лодки собственными ВНЭУ. Речь в статье о китайском Стирлинге уже второго поколения.
topwar.ru
.jpg)
