Коммерческий флот давно использует дизель-электрические системы на ледоколах и буксирах, где требуется маневренность и большой упор на винте, но вопрос экономии топлива стоит на втором плане.
Так как же дизель-электрическая схема может экономить топливо по сравнению с обычным дизельным двигателем на катерах и яхтах? Чисто электрические системы рассматривать не будем, так как они малопригодны для более менее длительных переходов и ограничены объемом батарей.
Производители дизель-электрических систем заявляют о следующих преимуществах таких комплексов:
- улучшает топливную эффективность
- снижает шум и вибрацию
- лучше используется внутренние объемы яхты
- уменьшает вес и габариты движителя
- легче интегрируется в судовые системы
- увеличивает срок службы и надежность основных частей
- улучшает маневренность судна
Но первым и главным пунктом стоит топливная эффективность, от которой впрямую зависят расходы на содержание и эксплуатацию катера или яхты.
Добавление электрического мотора между винтом и дизельным двигателем (генератор) создает дополнительные потери в передаче энергии. КПД электрического мотора составляет около 72-98%, эффективность дизель-генератора около 84-97%, механические потери на передачи мощности на вал около 3-5%.
Расход топлива понятно что определяется отдаваемой мощностью и оборотами двигателя(генератора).
Красной линией показана мощность выдаваемая на валу двигателя, пунктирной линией показана мощность на винте за минусом механических потерь, голубой линией показана мощность, которую винт может "принять" от двигателя, т.е. отдаваемая мощность винта в зависимости от оборотов.
Обычно яхты в круизном режиме идут с оборотами двигателя около 2800 об/мин, это примерно соответствует 68 л.с. на двигателе, хотя винт "выдает" только около 35 л.с. (на графике указаны Квт)
В точке А, на максимальных оборотах, двигатель потребляет 17 л/час (на графике галлоны) или 0.25 л/л.с., если уменьшить обороты до точки B, то расход топлива будет 8 л/час или 0.22 л/л.с.
Если уменьшить обороты еще до 2000 об/мин, то получится 0.33 л/л.с.
Т.е. точка B является золотой серединой в комбинации обороты двигателя - расход топлива - отдача винта. Единственный вариант улучшить этот показатель с дизельным двигателем, это установить ВРШ (винт регулируемого шага).
Это график показывает соотношение мощности выдаваемой двигателем (М) и мощность, которая может быть отдана подобранным винтом (P) и мощность которая может быть выдана двигателем при заданном расходе топлива (пунктир).
В точке #1 забираемая винтом мощность около 17 квт при 1000 об/мин, при этом двигатель выдает 20 квт, т.е. двигатель практически полностью нагружен. В точке #2 обороты двигателя 2800 об/мин и двигатель нагружен всего на 1/3. В точке #1 двигатель потребляет 4 л/час (0.18 л/л.с.) чтобы крутить винт на 17 квт, а в точке #2 двигатель потребляет 6 л/час (на 50% больше), чтобы отдавать те-же 17 квт на винте.
Например при 2600 об/мин в море, при движении на волне нагрузка постоянно меняется и расход топлива тоже меняется от 6 л/час до 13.5 л/час, если считать равномерное волнение (нагрузки) 50/50, то средний расход составит 9.75 л/час.
При дизель-электрической установке, генератор "отвязан" от винта и при движении на волне обороты генератора подстраиваются под нагрузку, в этом случае средний расход топлива составит 8.5 л/час, а это уже 10% экономии.
Нередко обычная схема дизель-винт имеет потери мощности до 50%, поэтому дополнительным фактором экономии является оптимизация винта, как известно, больший винт вращающийся с меньшей скоростью более эффективный по передаче мощности.
Вернемся к графику наверху, но рассмотрим для сравнения два винта одинакового диаметра: двухлопастный 17х14 и трехлопастный 17х12, который имеет больше площадь лопастей, меньше скольжение и больше отдачу мощности соответственно.
Таким образом (верхняя голубая линия), максимальная передача мощности будет в точке А, которая на 300 об/мин меньше максимальных оборотов двигателя.
А вот что произойдет, если увеличить диаметр винта до 20х14:
Мы видим что точка пересечения А сдвинулась, а это даст результаты:
- увеличивает эффективность винта
- уменьшает оптимальные обороты до 3100 об/мин
- перегружает двигатель на полных оборотах
- полностью нагруженный двигатель на средних оборотах
- увеличивает скорость катера на средних оборотах
- уменьшает максимальную скорость
Винт большего диаметра более эффективно передает мощность от двигателя в движение судна, а это значит более высокую топливную эффективность из расчета в час или милю.
В данном случае замена винта на больший диаметр обеспечивает топливную эффективность примерно на 13% на малых и средних оборотах двигателя, что очень не мало.
В дизель-электрических комплексах, двигатель всегда выдает необходимую мощность, независимо от оборотов винта, а зависит только от нагрузки на винт.
Вывод такой, что эффективность дизель-электрической системы обеспечиваться оптимально нагруженным дизель-генератором и увеличенным диаметром винта, без опасности перегрузки дизель-генератора.
Также дополнительным фактором повышения топливной эффективности может стать использование нескольких параллельных дизель-генераторов. Например при полной нагрузке дизель-генератор 80 квт потребляет 24 л/час, а два дизель-генератора по 40 квт потребляет только 20 л/час и это только благодаря оптимизации соотношения мощность/нагрузка.
В результате имеем следующее:
- 10% от генератора оборотами, которые зависят от нагрузки
- 7% от более оптимального винта большего диаметра
- 13% от подбора винта под мощность и обороты дизель-генератора
- 20% от установки нескольких дизель-генераторов меньшей мощности
Полученная эффективность около 50% существенно выше потерь, которые связывают с установкой дизель-электрической схемы для движения судна.
Таким образом примерную экономию по топливу между дизельной установкой и дизель-электрической схемой можно считать в районе 20-25%.
Почему же дизель-электрическая схема не применяется широко на прогулочных моторных и парусных катерах и яхта ?
Причин вероятно несколько, возможно они следующие:
- стоимость всей системы выше, чем обычного дизеля
- для полного использования преимуществ по экономии, судно должно быть специально спроектировано для использования винта увеличенного размера.
- вес всей системы может быть больше, чем обычный дизель
- система полностью основана на электронике, что не является ремонтно пригодным
- эффективно при коммерческом использовании, когда постоянно на ходу.
Вероятно, когда будут созданы более эффективные системы получения и хранения энергии, а также цена оборудования упадет примерно в 2 раза, тогда можно говорить о массовом применении электрических и гибридных систем движения на малых судах, а пока старый добрый дизелек хорошо держит свои позиции.
----------------
morozov-yachts.blogspot.com
Cтраница 1
Дизель-электрический привод в бурении имеет по сравнению с дизельным приводом следующие основные преимущества. [1]
Дизель-электрический привод успешно применяется самолетостроении, судостроении, в железнодорожном и городском транспорте. [2]
Дизель-электрический привод состоит из приводного электродвигателя, связанного с исполнительным механизмом, генератора, питающего этот электродвигатель, и дизеля, приводящего во вращение генератор. [3]
Дизель-электрический привод от дизеля, который вращает генератор, питающий, в свою очередь, электродвигатель. [5]
Дизель-электрический привод состоит из приводного электродвигателя, связанного с исполнительным механизмом, генератора, питающего этот электродвигатель, и дизеля, приводящего во вращение генератор. [6]
Многомоторным дизель-электрическим приводом переменного тока оборудуют в основном стреловые краны грузоподъемностью свыше 16 т на гусеничном и пневмоколесном ходу. Такой вид привода распространен достаточно широко. По сравнению с одномоторным двигателем внутреннего сгорания он отличается рядом положительных технико-эксплуатационных качеств: возможностью использования серийного электрооборудования; относительно простой и надежной в работе электросхемой, обеспечивающей в сочетании с многоскоростными лебедками регулирование скоростей механизмов в заданных пределах; возможностью питания крана от внешней электросети общего назначения, что увеличивает моторесурс дизеля, облегчает условия работы машиниста, снижает эксплуатационные расходы; созданием исполнительных механизмов в виде отдельных блоков с собственным приводом, что упрощает их обслуживание и ремонт, позволяет работать в оптимальном режиме, широко совмещать отдельные движения; использованием прогрессивных надежно работающих приборов безопасности - ограничителей, указателей, счетчиков. [7]
Применение дизель-электрического привода позволяет сочетать преимущества электропривода отдельных механизмов с независимостью работы грузоподъемной машины от общей электросети и избежать установки трансмиссионного вала и сложных фрикционных муфт управления, неизбежных при использовании двигателей внутреннего сгорания. [8]
Недостатками дизель-электрического привода являются громоздкость, сложность и высокая стоимость установки и ее эксплуатации. В ряде конструкций кранов на автомобильном ходу для питания электродвигателей механизмов используется мощность основного двигателя автомобиля. В этом случае двигатель автомобиля через коробку отбора мощности приводит в действие генератор, питающий электрооборудование отдельных механизмов крана. [9]
Недостатками дизель-электрического привода являются сравнительно высокая стоимость установки и эксплуатации, большие габариты и вес. [10]
При дизель-электрическом приводе нагрузку между дизелями можно автоматически перераспределить, направляя мощность любому потребителю: лебедке, ротору или насосам, что дает значительную экономию топлива. Повышается моторесурс вследствие более равномерной загрузки за счет защиты дизелей от резких изменений нагрузок. Кроме того, упрощается управление приводом и установкой и обеспечивается более безопасное ведение работ при газопроявлениях и фонтанировании скважин. Дизель-электрический привод имеет более высокий общий коэффициент полезного действия установки по сравнению с приводом от ДВС. [11]
В рассмотренном дизель-электрическом приводе ранее применявшийся двигатель внутреннего сгорания заменен электродвигателем. [12]
Установка имеет современный дизель-электрический привод, обеспечивающий плавное регулирование параметров основных рабочих органов. [13]
Краны имеют млогомоторный дизель-электрический привод, работающий на переменном трехфазном токе напряжением 380 В и могут получать питание от собственной электростанции и от внешней электросети. [15]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Не секрет, что не существует вещей, которые были бы только положительными или только отрицательными. В некотором роде не являются исключением из этого правила и подводные лодки. При всех плюсах атомных подлодок, как то автономность, ограниченная только «человеческим фактором» или превосходные боевые характеристики, они обходятся дорого. Причем не только в плане строительства – для их эксплуатации требуется создание специфической инфраструктуры для обслуживания атомных силовых установок. Но не все страны могут себе позволить такие расходы, а подводный флот им требуется. В этой ситуации устаревшие на первый взгляд дизель-электрические лодки (ДЭПЛ или ДПЛ) еще долго будут оставаться единственной дешевой и удобной альтернативой атомным. Для справки напомним, что только две страны, имеющие или строящие подводные лодки, отказались от дизель-электрических: США и Великобритания. Россия, Китай и Франция (к ним до конца года должна присоединиться Индия, получающая российскую атомную лодку К-152 «Нерпа») имеют смешанный подводный флот, состоящий и из атомных, и из дизельных лодок. Все прочие страны, эксплуатирующие подлодки, имеют только ДЭПЛ.
Подлодки на распутье
Дизель-электрическая схема на сегодняшний день по факту ничуть не устарела. Вернее, получает развитие и остается современной. Проблемы ДЭПЛ времен Второй Мировой войны остались в прошлом. За счет развития «по всем фронтам» - дизеля, аккумуляторы, электромоторы и другое оборудование – удалось избавиться от низкой подводной скорости и малого времени в подводном положении. В итоге «классическая» схема, сочетающая дизели и электромоторы в качестве непосредственного привода винтов, уже несколько десятков лет не используется в новых проектах. Сейчас развитие силовых установок ДЭПЛ идет по трем путям:
- полное электродвижение. В таком случае подлодка не имеет механических связей между дизелями и винтами – последние всегда вращаются электромоторами. На большинстве лодок с полным электродвижением применяются два двигателя: главный и экономического хода; хотя в самых последних проектах их роль играет один мотор с двумя режимами работы.
- топливные элементы. Дальнейшее развитие предыдущей системы. Топливные элементы на основе различных химических соединений позволили увеличить емкость аккумуляторов и снизить шум. Эта система пока что не получила большого распространения, но ей прочат большое будущее.
- ДЭПЛ с двигателями Стирлинга. Применение этого двигателя значительно повышает время пребывания лодки в подводном положении без серьезных потерь в других показателях. Интересная и заслуживающая внимания система, но таких лодок было построено чуть более десятка – это шведский проект «Готланд», французский «Сага», а также японские «Сорю».
Шведский проект «Готланд»
Японские «Сорю»
В России
Основным типом отечественных ДЭПЛ на данный момент являются лодки проекта 877 «Палтус» конца 70-х. Общее количество этих лодок, включая экспортные, превышает четыре десятка. В середине 90-х было начато строительство экспортных ДЭПЛ проекта 636 «Варшавянка», созданного на основе «Палтуса». Примерно в это же время проект 877 был значительно переработан в 677 «Лада». Недавно появились нерадостные новости о судьбе последних.
Проект 877 «Палтус»
"Варшавянка" ВМС Индии
Будем надеяться, ЦКБ «Рубин» справится с доработкой проекта и к 2013 году начнется полноценное строительство «Лад». Главными отличиями проектов 877 и 677 является конструкция (у последней – однокорпусная) и силовая установка. На «Палтусах» и «Варшавянках» имеется два электродвигателя, главный и экономического хода. На «Ладах» функции обоих выполняет один двигатель. Также было серьезно обновлено оборудование, улучшена эргономика центрального поста и создана интегрированная система управления всеми вооружениями. Вооружение лодок проекта 677 состоит из шести торпедных аппаратов (533 мм) с боезапасом в 18 или 16 торпед УСЭТ-80К, мин (до 44 штук) и десяти пусковых установок для ПКР. Также на борту имеется ПЗРК «Игла-1М» и шесть ракет для нее. Отдельно специалисты из ЦКБ «Рубин» отмечают экологичность лодки – за счет систем переработки отходов за борт сливается только чистая вода, а все остальные «компоненты» лодка отвозит на базу, где они и утилизируются. При всех выявленных на испытаниях недостатках проект 677 является весьма и весьма перспективным, требуется только некоторая «работа над ошибками», точный объем и состав которой, похоже, засекречен.
U-Boot
Среди зарубежных стран лидером в строительстве ДЭПЛ считается Германия. Так, к примеру, немецкие подлодки проекта 209 с 1971 года поставлялись в 13 стран, всего их было построено более шести десятков. Таким образом, «209» стали самыми коммерчески успешными подлодками в истории. В конце 90-х Израиль получил три лодки проекта 800 Dolphin, являющегося доработкой 21-го проекта под его требования. Более новыми немецкими ДЭПЛ являются лодки проекта 212. Главное, на что обращают внимание немцы, продвигая свои новые лодки – электрическая часть силовой установки. Состоит она из девяти протон-обменных топливных элементов производства Siemens и 144 серебряно-цинковых аккумуляторов. Вооружение проекта 212 состоит из шести торпедных аппаратов калибра 533 миллиметра (боезапас – 12 торпед различных типов) и ПКР. Вместо торпед лодка может нести мины.
Четыре лодки проекта 212 уже вошли в строй Бундесмарине, еще две строятся. По заказу Италии была создана модификация 212А: две такие лодки уже переданы заказчику, еще две будут сданы после 2013 года. С экспортной версией 212-го проекта – проектом 214 – вышла неприятная история: в начале этого года, как подводная лодка, всплыли коррупционные истории десятилетней давности. Тогда ряду греческих чиновников от обороны бюргеры-подрядчики сделали «презенты» на полсотни миллионов евро. Взятки, похоже, не помогли и несколько лет производитель лодок, фирма HDW, имела проблемы со сдачей головной греческой лодки. В 2008 году появилась новость о намерении Пакистана купить для своего флота лодки проекта 214, но с тех пор более новой информации не появлялось.
Sous-marin
Самым новым французским проектом ДЭПЛ являются лодки Scorpene. Работы над проектом велись компанией DCN с начала 90-х, причем Scorpene изначально делались как экспортные лодки. К концу десятилетия к Франции присоединились испанцы из Izar. В результате работ было создано три модификации лодки. Покупатель может выбрать из:
- Scorpene Basic. Обычная дизель-электрическая лодка, вооруженная шестью торпедными аппаратами (запас 18 торпед) с возможностью стрельбы противокорабельными ракетами. На лодке могут применяться ПКР SM-39 Exocet или Sub-Garpoon.- Scorpene Basic-AIP. Та же «Скорпен-Бейсик», но с воздухонезависимой энергетической установкой (ВНЭУ) MESMA. Эта паротурбинная установка, сжигая в камере сгорания топливо (скорее всего, этанол, хотя иногда упоминают дизельное топливо) в кислородной атмосфере, испаряет воду. Пар подается на генераторную установку мощностью до 200 кВт. После турбины генератора пар поступает в конденсатор, где охлаждается забортной водой. Охлажденная вода снова поступает в парогенератор и т.д. Таким образом, паротурбинная установка работает по замкнутому циклу. Необходимый кислород в жидком виде заливается в специальную цистерну на базе.- Scorpene Compact. Как видно из названия, компактная версия лодки. Может комплектоваться ВНЭУ и предназначена для работы недалеко от береговой линии.
В итоге заказчик может выбрать не только тип силовой установки, но и наиболее подходящий ему вариант рубки (отличаются разным составом выдвижного оборудования) и количество и тип дизель-генераторов.
На данный момент построено четыре лодки Scorpene: две для Чили и две для Малайзии. Также некоторое время назад Франция продавала лодки проекта Agosta. Из 13 построенных сейчас во флотах Испании и Пакистана находятся девять таких лодок.
Бочка меда и…
В начале 20-х чисел ноября 2011 года появились неутешительные сообщения о судьбе российских подлодок проекта 677. Тогда «Известия» со ссылкой на некий безымянный источник в Минобороны написали, что лодки «Лада» не устраивают военное ведомство, ведь головной корабль серии «Санкт-Петербург» на испытаниях не показал расчетных данных по силовой установке, а боевая аппаратура, такая как система управления вооружением «Литий», еще слишком сыра для принятия на вооружение. В той же статье говорилось о том, что «Санкт-Петербург» до конца своих дней останется опытным экземпляром, а другие уже заложенные лодки проекта, скорее всего, достроят и продадут. Конечно, анонимность источника в Министерстве придает новости, как минимум, спорный характер, но осадочек, как говорится, остался.
Проект 677 «Лада» - дизель-электрическая подводная лодка типа «Санкт-Петербург»
Не избежали проблем и немцы. Помимо коррупционных скандалов, у них есть и чисто технические беды. Например, лодки проекта 214 получились шумнее, чем надо. В ряде источников упоминается, что при испытаниях головной лодки для Южной Кореи было зафиксировано значительное превышение шума относительно заявленного производителем. После этого корейцам пришлось ставить винт собственной разработки: это уменьшило шум, но ненамного. Другая проблема немецких лодок связана с аккумуляторами. У серийных серебряно-цинковых батарей оказалась неприятная особенность: если разрядить их до уровня в 30-40% от максимального заряда, то при ряде условий у них может появиться т.н. эффект памяти. Конечно, батарею можно использовать и с ним, но тогда серьезно падает автономность лодки. Ходят слухи, что Южная Корея даже собирается снять со своих 214-х лодок новые «перспективные» батареи немецкого производства и купить для их замены российские.
Проект 214
Французские лодки, как и все прочие, также не безгрешны. Так, к примеру, из трех версий Scorpene реально строится только базовая. ВНЭУ еще не готова к массовому производству, да и не особо выгодна. Индия уже затребовала, чтобы на «Скорпенах» для их флота была воздухонезависимая энергетическая установка. Франция согласилась, но увеличила сроки и цену чуть ли не в два раза. Иногда также встречаются претензии к оборудованию Scorpene, но на фоне ценовых проблем их даже не замечаешь.Еще один момент, где во всей красе всплывает экономика – вооружение. К примеру, американская торпеда Mk-48 последней седьмой модификации (2008 г.) стоит 3,8 млн. долларов. Предыдущая версия, шестая, кроме американского флота закупалась только Бразилией, да и та вряд ли стала покупать много торпед по такой цене. Прочие страны, а именно Канада, Австралия и Нидерланды, преспокойно пользуются 4-й версией торпеды (около 2-2,5 млн. долларов за штуку). Для сравнения, российская торпеда УСЭТ-80 в поздних модификациях стоит около одного миллиона долларов, при этом она не сильно уступает в характеристиках американской конкурентке. Таким образом, может быть просто невыгодно топить торпедой за 3,5 миллионов какой-нибудь ракетный катер, стоящий не сильно дороже. А если принять во внимание возможность непопадания торпеды в цель…
Что же до ракет, то тут наблюдается какой-никакой паритет. Вышеупомянутые лодки различных стран используют три основных типа ракет: Exocet, Sub-Harpoon и «Калибр». В плане дальности с отрывом лидируют российская и американская ракеты: максимальная дальность пуска у них составляет 300 и 280 км соответственно. Максимальная дальность «Экзосета» – всего 180 км, и то, только у последней модификации (block 3). По скоростным, массогабаритным и ценовым параметрам ракеты в целом схожи.
Американская торпеда Mk-48
Как видим, абсолютно хороших и абсолютно плохих дизель-электрических подлодок на этой планете пока нет. Одни выигрывают в оборудовании, другие в автономности, но все подвержены одним и тем же проблемам. У всех современных ДЭПЛ есть ограничения по продолжительности использования дизельных установок во избежание их перегрева. У всех стран, делающих ДЭПЛ, есть одни и те же проблемы с аккумуляторами, обусловленные их физико-химической стороной. Наконец, внедрять новые технологии – дело небыстрое и нелегкое.
Тем не менее, ДЭПЛ продолжают строиться и покупаться. При всех недостатках, присущих этому классу боевой техники, они сравнительно дешевы и выгодны в эксплуатации. К тому же не все страны имеют собственные ядерные технологии, а передача всей документации, связанной с ними, стране без собственной атомной программы… Вряд ли кто будет продавать вместе с подлодками подобные вещи. Так что геополитическая обстановка только способствует экспортным перспективам дизель-электрических лодок.
topwar.ru
Дизель-электрический привод буровых установок.
В последние годы существует тенденция расширения номенклатуры и объемов производства буровых установок с дизель-электрическим приводом. Переход к автономному энергоснабжению позволяет решить проблему энергоснабжения удаленных от базы буровых установок (проблему «слабых сетей»), решить проблему повышения установленной мощности главных и вспомогательных приводов на буровых установках и др. вопросы.
Автономным называется электропривод, запитываемый от собственных электрических генераторов, установленных непосредственно на буровой установке. У дизель-электрического привода в качестве первичных двигателей для вращения генераторов используются дизели, он оснащен двигателем постоянного тока. Первые промышленные дизель-электрические установки были построены в 1960-1963 г.г. Электропривод главных механизмов был выполнен по системе генератор-двигатель (Г-Д). Эта система позволяет плавно осуществлять пуск, разгон и торможение рабочего механизма, а также регулировать скорость вращения двигателя как вверх, так и вниз от номинальной. Это позволяет исключить установку редуктора между валом двигателя и валом рабочего механизма, а также не требует применения электромагнитных муфт и тормозов. Это упрощает кинематику привода и повышает его надежность. Недостатком системы Г-Д является большое количество рабочих машин – три: дизель, генератор, двигатель и большая установленная мощность машин.
Перечисленные недостатки системы Г-Д затрудняют ее использование в морских буровых установках. Скважины на море бурят с морских эстакад, с полупогружных платформ, а также с буровых судов на плаву. При бурении с эстакад применяют серийные БУ, электроснабжение которых осуществляется кабельными линиями 6 и 35 кВ, проложенными по эстакадам. Плавучие и полупогружные БУ снабжаются автономным дизель-электрическим приводом переменно-постоянного тока, когда несколько дизелей вращают синхронные генераторы. Энергия генераторов переменного тока 6 кВ подается на двигатели привода винтов и уравновешивания платформы, а также двигатели вспомогательных механизмов буровой установки. Приводы постоянного тока основных механизмов БУ получают питание от генераторов через понижающие трансформаторы и управляемые выпрямители.
studfiles.net
Дизель-электрическая подводная лодка (ДПЛ, ДЭПЛ) — подводная лодка, оснащённая дизельными двигателями для надводного хода и электромоторами для передвижения под водой. Первые дизель-электрические субмарины были созданы в начале XX века, когда были созданы сравнительно совершенные дизельные двигатели, довольно быстро вытеснившие из подводного кораблестроения бензиновые и керосиновые моторы, а также паровые установки, применявшиеся ранее.
Двойная схема двигателей — дизельный ход на поверхности и электромоторы под водой — позволила достичь одновременно высокой автономности плавания (в годы Первой мировой войны автономность уже измерялась тысячами миль), и значительного времени хода в подводном положении (не менее 10 часов экономическим ходом). В сочетании с отсутствием опасности взрыва бензиновых паров или паровых котлов эти достоинства сделали подводные лодки реальной боевой силой и обусловили их популярность и широкое применение. В период с 1910 по 1955 годы по дизель-электрической схеме за некоторыми исключениями строились все существовавшие субмарины.
До появления ДЭПЛ существовали подводные лодки на мускульной тяге (H. L. Hunley, лодка Шильдера и многие аналогичные субмарины раннего периода), чисто-электрические аккумуляторные («Жимнот», современные мини-субмарины), с единым неатомным двигателем, в том числе — чисто-дизельные, бензиновые («Почтовый» Джевецкого) и с пневматическим двигателем (лодка Александровского), паро-электрические («Нарвал» М. Лобефа). Идея установки на субмарины дизельного двигателя предлагалась различными конструкторами уже вскоре после его появления, но первые дизели не могли быть установлены на подлодках из-за своей ненадёжности и громоздкости. Непосредственными предшественниками дизелей на лодках были бензиновые и керосиновые двигатели, однако их применение несло с собой опасность возгорания паров токсичного и летучего топлива. Развитие дизелей позволило массово использовать их на подлодках лишь за несколько лет до Первой мировой войны.
Главным недостатком дизель-электрической схемы является средство достижения её же главных достоинств — фактическое наличие двух двигательных схем: дизельных двигателей (с запасом солярки) и электромоторов (требующих мощных аккумуляторных батарей, определяющих подводную автономность корабля). Это приводило к повышенной сложности внутреннего устройства лодки, увеличению численности экипажа (для обслуживания дизелей, электромоторов, аккумуляторов), а следовательно — к ухудшению и так не слишком комфортных условий обитания подводников. Поэтому параллельно со строительством ДЭПЛ во многих странах производился поиск схемы «двигателя единого хода» для надводного и подводного движения.
Параллельно шло развитие проектов, устраняющих ещё один недостаток дизель-электрической схемы — сравнительно низкую подводную скорость, обусловленную небольшой ёмкостью аккумуляторных батарей и более низкой, по сравнению с дизелями, мощностью электромоторов. Самым успешным оказалось применение парогазотурбинной энергетической установки, работающей на перекиси водорода, реализованной в проектах немецкого конструктора Гельмута Вальтера времён Второй мировой войны. После 1945 года разработка парогазотурбинных двигателей некоторое время велась в Великобритании и СССР, однако ввиду высокой пожароопасности от этой концепции отказались в пользу атомной силовой установки.
После появления в 1950-е годы атомных подводных лодок, стало принято подразделять по типу энергетической установки на две основные категории: атомные и неатомные.
Обычно, к группе неатомных лодок относят дизель-электрические и дизель-стирлинг-электрические (ДСЭПЛ) подводные лодки.
В чистом виде дизель-электрическая схема движения в проектах подводных лодок XXI века не применяется. Её развитием стали
Современные неатомные подлодки отличаются малошумностью (при движении от АБ или топливных элементов), относительной простотой обслуживания, маневренностью, и ввиду этих качеств могут приближаться по боевой эффективности к небольшим атомным подводным лодкам. Помимо обычного торпедного вооружения, на них нередко применяется крылатые или даже иногда баллистические ракеты.
Возможности подводных лодок с анаэробными двигателями Стирлинга были продемонстрированы в ходе двух учений в Атлантике, прошедших в 2003 году, когда шведская лодка Halland (тип «Готланд») «победила» в дуэльной ситуации испанскую субмарину с обычной дизель-электрической установкой, а затем и французскую атомную ПЛ.[2] В Средиземном море Halland одержала верх в «дуэли» с американской атомной подлодкой USS Houston (тип Los-Angeles).[2] При этом стоимость Halland была в 4,5 раза ниже своих атомных соперников.[2]
В настоящее время США и Великобритания полностью прекратили строительство неатомных подводных лодок. Ещё три страны, Россия, Франция и Китай, имеют комбинированный атомно-неатомный подводный флот, в этот клуб вскоре войдёт и Индия. Подводный флот остальных стран полностью состоит из дизель-электрических субмарин разной степени совершенства.
ru-wiki.org
Дизель-электрические установки применяются, как правило, на ледоколах, транспортных судах ледового плавания, траулерах и т. п. (табл. 1,6).
Эксплуатация ледоколов предъявляет жесткие требования к главного двигателя, которые должны обеспечивать:
— максимальную мощность в широком диапазоне частот вращения ГВ;
— возможность быстрого изменения нагрузки и направления вращения ГВ;
— надежную работу в широком диапазоне температур воздуха и воды.
Дизель-электрические установки (по сравнению с дизельными установками) характеризуются большими массой и стоимостью, пониженной (на 1,5—2,5 %) экономичностью энергетических установок конструкционной сложностью, большим числом обслуживающего персонала.
В эксплуатации установки на переменном токе более эффективны, чем установки на постоянном или на двойном токе, так как у них лучшие массогабаритные показатели, повышенный КПД, высокая надежность, меньшая трудоемкость обслуживания и ремонта. При использовании на судах установок на переменном токе достигается большая унификация судового и промышленного электрооборудования, упрощается питание судов с берега.
Преимущества дизель-электрических энергетических установок следующие:
— высокая маневренность и возможность получения малых скоростей вращения ГВ;
— возможность работы ГВ на полной мощности при различных условиях плавания;
— обеспечение экономичной работы энергетических установок на всех режимах судна благодаря перераспределению мощности главного двигателя на привод ГВ, судовую сеть и т. п.;
— возможность использования среднеоборотный дизель и высокооборотного дизеля, легких и малогабаритных с малой мощностью;
удобство компоновки механизмов и общее уменьшение размеров машинного отделениия благодаря размещению агрегатов в два яруса;
отсутствие деления дизель-генератор на главные и вспомогательные и обеспечение распределения вырабатываемой электроэнергии между гребной энергетических установок и другими судовыми потребителями в зависимости от режимов эксплуатации.
vdvizhke.ru
Конечно, стоит порадоваться успеху российских разработчиков. Однако стоит отметить, что проекты подобных машин с гибридным электрическим приводом уже создавались в западных странах, причем, некоторые из них появились более десяти лет назад.
Можно упомянуть машину с колесной формулой 8х8, которая использовала перспективный гибридный электропривод (AHED), бронированную пушечную систему Thunderbolt компании United Defense с гибридным электрическим приводом, боевую машину разведки, наблюдения и целеуказания (RST-V), англо-американскую программу по разведывательной машине будущего FSCS/TRACER и некоторые другие.
Практическое применение
Электрические приводы будут использовать и в гражданских, и в военных машинах. Технология электрического привода на колеса, которая, к примеру, позволяет сделать днище машины плоским и сплошным, обеспечивает явное конструкционное преимущество. Данная технология уже доказала свою эффективность и надежность при ежедневной эксплуатации. Намерения военных, в первую очередь, заключаются в переводе данной технологии на опытные образцы для использования в крупномасштабных программах. Таким образом, в американской программе – боевой системе будущего (FCS) – дизель-электрический комбинированный привод стал основной формой привода, превратившись в важнейшую конфигурацию всего семейства машин. В настоящий момент близкие к серийным опытные образцы машин, оснащенные электрическими приводами, проходят стадию испытаний.
Основная причина использования технологии электрического привода в военной технике – новые боевые характеристики и качества, которые могут быть достигнуты лишь подобным образом. В первую очередь, это касается надежности машины, ее защиты и тылового обеспечения. Это ключ для нового базового производства колесных машин.
При использовании данной технологии возможно создание модуля привода колеса, в котором электродвигатель полностью вмонтирован в его ступицу. Подвеска, привод, рулевое управление и амортизатор войдут в состав компактного стандартизированного модуля ходовой части. Тормоза также будут электрическими, в качестве дополнительного механического тормоза будет работать только стояночный тормоз.
Модуль привода колеса с вмонтированным в ступицу колеса электродвигателем
Преимущество полезного пространства у колесной машины благодаря использованию электрического привода по сравнению с устаревшим жестким мостом (источник: магнит-двигатель)
Машина, использующая перспективный гибридный привод (AHED)
Машина с перспективным гибридным электрическим приводом (AHED) и колесной формулой 8х8 компании General Dynamics Land Systems (GDLS) может выступить в качестве актуального примера подобной техники. Впервые ее показали публике в 2002 году на ежегодной выставке AUSA в Вашингтоне.
Машина с колесной формулой 8×8 и с перспективным гибридным электрическим приводом (AHED) фирмы GDLS с электрическим приводом в ступице колеса фирмы Magnet-Motor
Эта машина была оборудована электроприводом в ступице колеса фирмы Magnet-Motor GmbH (по заказу GDLS). На ней устанавливается дизель-генератор и аккумуляторные батареи. Приводы колеса компании ММ входят в состав колесного модуля, который установлен на все ведущие колеса. Первичную мощность вырабатывает генератор мощностью 200 кВт, который напрямую соединен с дизельным двигателем при помощи фланца. Дополнительные 200 кВт мощности обеспечиваются высокоэффективной аккумуляторной батареей. Таким образом, суммарная мощность привода составляет около 400 кВт. Для подзарядки аккумуляторов в процессе движения используется энергия торможения, а также избыточная первичная мощность. Данная комбинированная конфигурация обеспечивает дополнительные преимущества, в числе которых бесшумное наблюдение, управление и связь (silent watch), а также бесшумное движение (stealth mode). Кроме того, во внутренней части машины отсутствуют компоненты системы привода, а также «двойное дно» для размещения его механических деталей. По сравнению с моделями с традиционным приводом силуэт стал существенно ниже.
В колесных модулях присутствует гибкая «пуповина», которая обеспечивает все электрические функции сенсорного и мощностного трубопровода, а также подает охлаждающие средства.
Конфигурация колесной машины с колесной формулой 8×8 с перспективным гибридным электрическим приводом (AHED)
Также стоит упомянуть элементы мощностной электроники, которые обеспечивают машину электрической энергией и объединяют высокоэффективные аккумуляторы в систему. Они расположены в передней части машины, несколько «приподнимая» ее.
Боевая машина разведки, целеуказания и наблюдения (RST-V)
Боевая машина разведки, наблюдения и целеуказания (RST-V)
Еще одним заказом компании GDLS, реализованным компанией Magnet-Motor, стала электрическая система комбинированного привода, которая использовалась в четырех опытных образцах боевой машины разведки, целеуказания и наблюдения (RST-V). Они были построены по заказу морской пехоты США и Управления перспективного планирования МО (DARPA). В составе системы приводов также присутствуют ступичные приводы колес и питание от дизель-генератора и аккумуляторов. Использование электрических колесных модулей дало возможность установить на машину специальную подвижную и складную подвеску колеса, чтобы изменять ее клиренс. Кроме того, у машины высоко поднятое днище между задними и передними колесами. Это позволяет поместить ее в самолет Osprey V 22. Общая мощность привода составляет 210 кВт (110 кВт дизель-генератор и 100 кВт аккумуляторы), что позволяет 3.8-тонной машине разгоняться до 120 км/ч и преодолевать подъемы до 60%.
Опытные образцы машины прошли ряд успешных испытаний, подтвердивших соответствие характеристикам. В настоящее время ведутся работы над первой небольшой партией, которые предусматривают дальнейшее интенсивное тестирование.
Стоит отметить, что у всех приводов компании Magnet-Motor отсутствуют изнашиваемые части, а также есть минимум подвижных частей. Они практически не требуют технического обслуживания, обладают высокой надежностью, и, как следствие, требуют небольших расходов в процессе эксплуатации. Кроме того, в процессе разработки механизмов и электроники учитывалась необходимость сокращения расходов на персонал и обслуживание устройств и материалов, что улучшило материально-техническое обеспечение. На практике использование полностью автоматического и высокоэффективного привода разгружает водителя. Включение передач электрическое, а не механическое, колеса машины управляются порознь, что обеспечивает лучший разгон.
Даже ранние опытные образцы от компании Magnet-Motor могли обеспечивать электрической энергией из сети привода машины различные внешние потребители, к примеру, элементы освещения и разные механизмы. У обеих разработанных для GDLS систем приводов есть электронные элементы, которые напрямую встроены в электрическую систему привода. С их помощью можно подключить к электроснабжению командные пункты, радиолокационные установки, инженерные машины и т.д. Также электрическую сеть приводов можно использовать в качестве электрической системы первичного обеспечения для электрических боевых систем будущего, к примеру, электрических пушек, комбинированных пушек, лазерного и микроволнового оружия.
Thunderbolt – бронированная пушечная система
Бронированная пушечная система Thunderbolt
Бронированная пушечная система Thunderbolt фирмы United Defense с гибридным электрическим приводом ведет стрельбу из своей 120-мм танковой пушки.
Бронированную пушечную систему Thunderbolt разработали в сентябре 2003 года. Это модернизированная бронированная пушечная система М8 в составе 120-мм танковой пушки ХМ291 (вместо 105-мм пушки М35). Основное достоинство системы – экономия пространства за счет использования гибридного электропривода. В передней части корпуса появились два тяговых двигателя, а в одном из спонсонов – дизельный двигатель мощностью 300 л.с. Это освободило пространство, в котором раньше размещался 580-сильный дизельный силовой блок и бортовые передачи. Сейчас в нем могут разместиться четыре человека или дополнительный боекомплект. Разница в мощности компенсируется энергией блока из 24 свинцовых аккумуляторов.
В процессе разработки использовался демонстрационный макет ТТD – основное средство разработки привода HED. Использование дизельного двигателя John Deere (250 л.с. 187 кВт) и блока из 40 свинцовых аккумуляторных батарей (187 кВт) снизило расход топлива на 89% по сравнению со стандартным БТР М113А3, который оснащается двигателем Detroit Diesel (275 л.с.) и гидродинамической трансмиссией Х2000-4А компании Allison, при движении по пересеченной местности с изменениями высоты и дорогам.
Правда, отчасти это улучшение напрямую связано только с заменой двигателя, так как у силового агрегата Detroit Diesel довольно высокий удельный расход топлива.
Электрические трансмиссии приводных систем компании United Defense – это классические представители двухстороннего типа с двумя параллельными схемами, которые передают ток от генератора с приводом от двигателя машины к отдельным исполнительным двигателям для каждой гусеницы. Подобные двухсторонние системы использовались в других гусеничных машинах с электрическими приводами. Правда, если в трансмиссиях United Defense использовались асинхронные двигатели, то в них – электродвигатели с постоянным магнитом, которые были разработаны позднее.
Системы FCS-T и FCS-W с гибридным электрическим приводом
Также компания United Defense представила еще две платформы для боевых систем будущего. Первая, с обозначением FCS-T (гусеничная) – это платформа, изначально разработанная компанией UDLPдля консорциума Lancer в качестве возможной платформы, размещаемой в самолетах С-130, для свернутой в настоящий момент англо-американской программы разведывательной машины будущего FSCS/TRACER.
FCS-T и FCS-W с гибридным электрическим приводом.
Платформа FCS-T использует гибридную систему с тремя режимами: гибридный, только от аккумуляторов и только от двигателя. При работе от аккумуляторов (маскировочный, бесшумный режим) машина может проехать около четырех километров, питаясь от блока литиевых аккумуляторов (167 кВт) при напряжении 600 вольт. Также этот режим используется, чтобы обеспечить длительное (до 6 часов при 2.5 кВт) бесшумное наблюдение, когда экипаж использует лишь электронные приборы обнаружения.
CERV – дизель-электрический гибридный автомобиль
Дизель-электрический гибридный автомобиль CERV
Автомобиль для скрытного передвижения с увеличенной дальностью CERV – это легкая, дизель-электрическая машина с максимальной скоростью в 130 км/ч. Основное предназначение – проведение спецопераций поддержки, рекогносцировки и целеуказания. Главным достоинством машины является бесшумное движение и экологичность. В разработке автомобиля участвовала калифорнийская компания Quantum Fuel Systems Technologies Worldwide.
Полноприводную машину приводит в движение дизель-электрическая гибридная силовая установка Quantum Q-Force в составе 1.4-литрового дизельного двигателя, работающего в паре с 75 кВт генератором и литиево-ионными аккумуляторами. Она питает электрический двигатель постоянного тока (100 кВт). Уникальный легкий корпус, разработанный Quantum, снизил вес автомобиля до 2267 килограмм. В задней части автомобиля находится большая грузовая платформа.
В рамках работ над автомобилем было построено шесть прототипов. Данный автомобиль обладает крутящим моментом в 6800 Нм, что позволяет преодолевать водные преграды до 0.8 метра, а также подъемы до 60%.
Использование гибридной трансмиссии Q-Force снижает расход топлива на 25% по сравнению с обычными машинами такого же веса и размера, а также существенно снижает тепловую заметность и выбросы углекислого газа.
При разработке CERV использовались новейшие технологии, которые улучшили производительность батарей, и, соответственно, повысили дальность.
Инженерная машина L-ATV компании Oshkosh Defense
По словам представителей компании Oshkosh Defense, их новая разработка уверенно доминирует в классе легких боевых инженерных машин, сочетая проверенные технологии и передовые системы защиты экипажа. Вполне возможно, что эта машина станет заменой для устаревшего колесного броневика Humvee.
L-ATV
При разработке модели использовался опыт, полученный в ходе столкновений Афганистана и Ирака. Машина L-ATV призвана обеспечить высокую мобильность и защиту на уровне MRAP.
Бронеавтомобиль использует интеллектуальную, независимую подвеску нового поколения Oshkosh TAK-4i, которая обладает увеличенным на 505 мм ходом, что повышает эффективность при движении по неустойчивым покрытиям. В запатентованной технологии ТАК-4 используются 20-дюймовые колеса с независимым управлением.
Также стоит отметить, инновационную, гибридную дизель-электрическую силовую установку Propulse, которая дает дополнительные 70 кВт мощности при движении машины, а также обеспечивает энергией для инженерных нужд при остановке. Энергия от дизель-генератора подается на 4 электрических двигателя для каждого ведущего колеса. Кроме того, силовая установка улучшила топливную эффективность и мощность, дала возможность практически бесшумно передвигаться на коротких дистанциях.
Предусмотрена возможность пакетного оснащения броней. Бронирование можно изменять в зависимости от поставленных задач. В днище автомобиля установлена специальная защита от осколков и взрывной волны противопехотных мин.
Улучшение живучести
Стоит отметить, что американские машины пока не используют еще одно преимущество электрического привода, а именно использование некоторых небольших дизельных двигателей с генераторами в качестве поставщиков мощности. Это значительно повышает живучесть – машина не теряет подвижность при повреждениях и все еще может вернуться обратно, избегая потери мобильности. Кроме того, это дает возможность глобального использования стандартных современных дизельных двигателей. Унифицированная конструкция позволит легко реагировать на модернизацию машин.
Эскиз машины с колесной формулой 6×6 с электрическими приводами колес и сдвоенными элементами конструкции – дизельный двигатель – генератор
Полезный объем машины увеличивается, в сравнении с механическим приводом. Кроме того, снижение веса позволяет без проблем транспортировать ее по воздуху.
Как мы можем видеть, в западных странах создавались не просто макеты, а вполне готовые платформы с гибридным электрическим приводом.
Источники:http://andrei-bt.livejournal.com/230406.htmlhttp://btvt.narod.ru/1/electr/el_transm3.htmhttp://btvt.narod.ru/1/electr4/el_transm.htmhttp://weaponscollection.com/transport/1848-dizel-elektricheskiy-gibridnyy-avtomobil-cerv.htmlhttp://www.engine-market.ua/news/l-atv-novaya-takticheskaya-inzhenernaya-mashina-ot-kompanii-oshkosh-defense/
topwar.ru
