Топливо для анаэробной энергетической установки

В настоящее время из-за недостаточного опыта проектирования и эксплуатации анаэробных энергетических установок (АНЭУ) для неатомных подводных лодок (НАПЛ) нет однозначного ответа относительно выбора наиболее эффективной конструкции АНЭУ и топлива для ее работы. Рассматриваются различные типы АНЭУ, но практическая реализация идет по трем направлениям: электрохимическим генераторам (ЭХГ), двигателям Стирлинга и паротурбинным установкам. Важную роль здесь играет выбор топлива, обеспечивающий наиболее эффективное решение не только в части энергетического потенциала, но и эксплуатации АНЭУ и НАПЛ.

Александр КАБАНОВ

Владимир ГУРОВ

Юрий САННИКОВ

Несмотря на возможность достижения в ЭХГ высокого коэффициента прямого преобразования химической энергии топлива в электрическую и кажущуюся простоту самой технологии преобразования, существуют проблемы, решение которых потребует значительного времени, чтобы дать заметные преимущества по сравнению с тепловыми двигателями. Главной проблемой для АНЭУ с ЭХГ является недостаточный запас водорода на борту НАПЛ, ограничивающий ее автономность. В связи с этим, в ближайшей перспективе, по-видимому, предпочтение будет отдано АНЭУ на основе двигателя Стирлинга и паротурбинной установки.

Для обеих схем АНЭУ с двигателем Стирлинга и c паротурбинной установкой топливо должно быть двухкомпонентным с оптимальным кислородным балансом. Для этого топлива в качестве горючего может применяться дизельное топливо или этанол. В качестве окислителя – жидкий кислород или маловодная перекись водорода (МПВ).

Этанол по сравнению с дизельным топливом имеет предпочтение. Во-первых, в продуктах сгорания содержится только водяной пар и диоксид углерода, которые при удалении за борт не дают следа. В продуктах сгорания дизельного топлива содержатся сернистые соединения, которые вызывают загрязнение и коррозию теплообменных поверхностей. Требуется периодическая химическая очистка, возможно разрушение конструкции.

Во-вторых, при использовании этанола и МПВ упрощается многократный запуск, так как этанол в продуктах разложения МПВ с температурой около 600°С самовоспламеняется.

Как окислитель жидкий кислород более эффективен по сравнению с МПВ, но температура его горения настолько высока, что для его использования в обеих схемах необходимо иметь специальную систему возврата части продуктов сгорания для понижения температуры горения до приемлемого уровня. При использовании МПВ в схеме с паротурбинной установкой эта система не нужна.

Если сравнить применение в цикле Ренкина с паротурбинной установкой топливных композиций: этанол с МПВ и этанол с жидким кислородом в одинаковых условиях, доступных к реализации, т.е. при максимальной температуре продуктов сгорания на входе в парогенератор 2542 К, соответствующей стехиометрической для топлива этанол с МПВ, и температуре уходящих газов из парогенератора 473 К, то преимущество пары этанол с жидким кислородом по энергоемкости (по необходимому объему топлива) составит около 9%. Такова энергетическая составляющая применения жидкого кислорода по сравнению с МПВ.

Сравнение основных эксплуатационных характеристик жидкого кислорода и МПВ показывает следующее. Промышленное производство существует для обоих окислителей. Жидкий кислород производится во многих странах и применяется в больших масштабах. Производство МПВ специализированное, но окислитель транспортируется всеми видами транспорта и в больших объемах. Кроме того, он допускает длительное хранение, при этом скорость разложения его составляет не более 0,1-0,5% в год в отличии от жидкого кислорода, который испаряется, примерно 0,1-0,5% в сутки. Оба окислителя объединяет необходимость строгого соблюдения требований по безопасному обращению. Попадание обоих окислителей на одежду или органические вещества опасно. В случае жидкого кислорода возможно возгорание или взрыв, а для МПВ только возгорание. В эксплуатационных документах на МПВ указано, что МПВ не чувствительна к удару, лучу огня, прострелу пулей или осколком и не детонирует.

За длительный период эксплуатации энергетических установок торпед и других подводных аппаратов с использованием МПВ в России, начиная с 1948 г. и по настоящее время, проведено несколько тысяч безаварийных стендовых и морских испытаний. Известно только три случая взрыва торпед в море. В период с 1962 по 1967 гг. проводилась модернизация одной из торпед калибра 533 мм в части замены системы вытеснения МПВ из резервуара в камеру сгорания воздухом высокого давления на систему вытеснения водой. Для этого МПВ разместили в резервуаре в пластиковом мешке. В момент запуска торпеды вначале мешок обжимался воздухом, а затем водой от насоса. В трех морских испытаниях в момент запуска торпеды произошли тепловые взрывы МПВ в резервуаре. Было установлено, что взрывы имели место вследствие адиабатического сжатия паров МПВ в складках пластикового мешка при резком подъеме давления вытеснения. В дальнейшем МПВ в этой торпеде заменили на газообразный кислород с давлением 20 МПа. Производство торпед калибра 650 мм, использующих МПВ с насосной системой подачи, продолжалось более 30 лет – до 2000 года.

Таким образом, топливо этанол с МПВ концентрации 85% по энергоемкости уступает жидкому кислороду около 9%, но по эксплуатационным характеристикам, по нашему мнению, несколько лучше и может применяться как топливо для АНЭУ НАПЛ.

Александр Иванович КАБАНОВ – генеральный директор ОАО «НИИ морской теплотехники»

Владимир Федорович ГУРОВ – первый заместитель генерального директора – главный конструктор

Юрий Иванович САННИКОВ – заместитель генерального директора по научной работе

ОАО «НИИ морской теплотехники»

Россия, 198412, г. Санкт-Петербург,

г. Ломоносов, ул. Черникова, 44

Тел.: +7 (812) 422-9066

Факс: +7 (812) 422-7535

fmtt@mail.ru


 

НОВОСТИ

Истребительный авиаполк из состава 6-й Ленинградской Краснознаменной армии ВВС и ПВО Западного военного округа (ЗВО), дислоцированный в Курской области, получил на вооружение первую партию многоцелевых истребителей Су-30СМ.
Командующий 2-й общевойсковой армией Центрального военного округа генерал-майор Рустам Мурадов провел на Тоцком полигоне сборы с руководящим составом соединений и воинских частей, а также отдельных подразделений, дислоцированных в Поволжье.
Дальняя авиация расширяет спектр и масштаб выполняемых задач, заявил в интервью газете «Красная звезда» командующий дальней авиацией Герой Российской Федерации генерал-лейтенант Сергей Кобылаш.
Артиллеристы общевойсковой армии Западного военного округа получили на вооружение противотанковые ракетные комплексы «Штурм-С».
На Лужском полигоне в Ленинградской области артиллерийские подразделения Западного военного округа (ЗВО) и специалисты Михайловской военной артиллерийской академии в ходе исследовательского учения отработали применение разведывательно-ударного и разведывательно-огневого контуров.
Новейшая бесшумная снайперская винтовка калибра 12,7 мм будет продемонстрирована на выставке «Армия-2018».
В соединении спецназа Южного военного округа (ЮВО) военные водители завершили обкатку новейших бронеавтомобилей КамАЗ-53949 «Тайфуненок» и приступили к их эксплуатации в ходе тактико-специальных занятий.
Россия решила вопросы импортозамещения в области авиационного и военно-морского двигателестроения, заявил вице-премьер Юрий Борисов на лекции для слушателей Академии Генерального штаба ВС РФ.
Военнослужащие инженерного батальона штурма и разграждения инженерно-саперной бригады, дислоцируемой во Владимирской области, впервые прошли курс подготовки по действиям в горной местности в летних условиях. Сборы проходили на базе ФГКУ «Центр горной подготовки и выживания «Терскол» Минобороны России.
Работы по созданию еще трех новых производственно-технологических центров (ПТЦ) по выпуску компонентов турбовального двигателя ВК-2500, предназначенного для большинства вертолетов «Ми» и «Ка», начаты на уфимском ПАО «ОДК-УМПО». Первый центр – ПТЦ №185 – ранее уже начал свою работу.

 

 

 

 

 

 

 

Учредитель и издатель: ООО «Издательский дом «Национальная оборона»

Адрес редакции: 109147, Москва, ул. Воронцовская, д. 35Б, стр. 2, офис 636

Для писем: 123104, Москва, а/я 16

Свидетельство о регистрации: Эл № ФС 77-22322 от 17.11.2005

 

 

 

Дизайн и разработка сайта - Группа «Оборона.Ру»

Техническая поддержка - Группа Компаний КОНСТАНТА

Управление сайтом - Система управления контентом (CMS) InfoDesignerWeb

 

Rambler's Top100