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

На государственном испытательном космодроме «Плесецк» 30 марта проведены очередные бросковые испытания новой жидкостной межконтинентальной баллистической ракеты тяжелого класса «Сармат».
Авиационный комплекс имени С.В. Ильюшина (ПАО «Ил») обсуждает c Минобороны России возможность глубокой модернизации бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО) на всем парке тяжелых военно-транспортных самолетов (ВТС) Ан-124 «Руслан» ВКС РФ, сообщил РИА «Новости» вице-президент Объединенной авиастроительной корпорации по транспортной авиации, гендиректор ПАО «Ил» Алексей Рогозин.
Военнослужащие зенитной ракетной части 11-й Краснознаменной армии Восточного военного округа (ВВО) получили на вооружение новую зенитную ракетную систему С-400.
В ходе итогового заседания Государственной комиссии по двигателю АЛ-41Ф-1 ПАО «ОДК-УМПО» был торжественно вручен акт о завершении Государственных стендовых испытаний опытного двигателя.
На вооружение мотострелкового соединения общевойсковой армии Восточного военного округа (ВВО), дислоцированного в Амурской области, поступил мобильный комплекс радиоэлектронной борьбы «Житель» (Р-330Ж).
Министерство обороны России намерено закупить более 100 легких транспортных самолетов Ил-112В, заявил замглавы военного ведомства Юрий Борисов в ходе посещения Воронежского акционерного самолетостроительного общества (ВАСО).
В рамках реализации программы перевооружения войск Южного военного округа (ЮВО) мотострелковое соединение 58-й общевойсковой армии, дислоцированное в Дагестане, получило первую партию боевых машин пехоты БМП-3 нового выпуска.
Конструкторское бюро «ВР-Технологии» холдинга «Вертолеты России» приступило к стендовым испытаниям основных систем и агрегатов беспилотного вертолета VRT300. Летные испытания аппарата должны начаться в конце 2018 г.
На полигоне Сары-Шаган (Республика Казахстан) боевым расчетом войск противовоздушной и противоракетной обороны ВКС РФ 31 марта успешно проведен очередной испытательный пуск новой модернизированной ракеты российской системы противоракетной обороны (ПРО).
Порядок управления войсками в ходе непрерывного огневого поражения объектов и живой силы условного противника был отработан в ходе трехдневной командно-штабной тренировки (КШТ), проведенной под руководством командующего войсками Южного военного округа (ЮВО) генерал-полковника Александра Дворникова. В ней были задействованы управления штаба округа и подчиненных объединений, командный состав соединений ЮВО, 4 тыс. военнослужащих и около 1 тыс. единиц военной техники.

 

 

 

 

 

 

 

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