?

Log in

No account? Create an account
Previous Entry Share Next Entry
О предыдущих этапах создания для подводных лодок отечественных энергетических установок с ЭХГ
nortwolf_sam
В связи с новостями о закладке новой НПЛ пр. 677 полезно вспомнить о предыдущих этапах отечественных разработок энергетических установок с ЭХГ для ВМФ. В настоящее время согласно ряду комментариев для СМИ главнокомандующего ВМФ Чиркова для опытной установки ЦКБ МТ "Рубин" выбрана схема с электрохимическим генератором, работающим на заборе морской воды без хранения водорода и кислорода на борту, как более безопасная. Кроме того, подобная схема позволяет не создавать береговую инфраструктуру для заправки НПЛ водородом и кислородом. Прошу учесть, что статья далеко не новая.Кстати это далеко не единственный случай заимствования технологий космической отрасли для подводного космоса.

Владимир Зинин, Вениамин Аваков
ПОДВОДНЫМ ЛОДКАМ XXI ВЕКА - СОВЕРШЕННЫЕ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ

Cозданию отечественных воздухонезависимых энергоустановок с электрохимическими генераторами
(ЭУ с ЭХГ) для нужд Военно-Морского Флота (ВМФ) придается большое значение. В 1978 году специальным постановлением правительства функции головного разработчика энергоустановок были возложены на Союзное конструкторское бюро котлостроения (ныне ОАО СКБК). На первом этапе - с 1978 по 1986 год - СКБК совместно с соисполнителями разработаны ЭУ с ЭХГ для трех типов морских объектов: малой подводной лодки (МПЛ) "Пиранья", глубоководного подводного аппарата (ПА) "Поиск-6" и подводного средства движения (ПСД) "Сирена-К".

Корабельный отсек ЭУ «Кристалл-27» на НПЛ. Фото: http://www.niiset.ru




К концу 80-х годов работы по энергоустановкам для ПА "Поиск-6" и ПСД "Сирена-К" были приостановлены после утверждения технических проектов и успешных испытаний макетных и опытных образцов основного оборудования ЭУ. В 1991 году в полном объеме были завершены работы по ЭУ с ЭХГ для МПЛ "Пиранья" (шифр ЭУ "Кристалл-20").

Корабельный отсек ЭУ «Кристалл-20» на МПЛ "Пиранья". Фото: http://www.niiset.ru




Впервые в отечественной практике по заказу Министерства обороны была разработана, изготовлена, отработана в стендовых условиях и сдана межведомственной комиссии полноразмерная энергетическая установка с ЭХГ мощностью 130 кВт, представляющая собой первое поколение российских корабельных ЭУ с ЭХГ. В ходе работ была сформирована в полном объеме кооперация из почти 30 специализированных предприятий, сформулированы основные принципы и концепция развития корабельных ЭУ с ЭХГ, которая предусматривает в ближайшей перспективе обеспечение многомесячного непрерывного подводного плавания ПЛ при безусловной безопасности эксплуатации ЭУ, а также накоплен значительный задел по основным системам и оборудованию энергоустановок с ЭХГ, включая различные варианты систем хранения водорода и кислорода. Были рассмотрены: баллонное хранение реагентов в газообразном состоянии под давлением 40 МПа; связанное хранение водорода в составе боргидрида натрия и гидрореагирующих соединений, а кислорода - в составе перекиси водорода и перманганатов калия и натрия; криогенное хранение водорода и кислорода; наконец, связанное хранение водорода в интерметаллидных соединениях. Большая часть работ по указанным вариантам хранения реагентов доведена до уровня макетных и опытных образцов, прошедших стендовую отработку и межведомственные испытания. Учитывая, что ЭУ с ЭХГ относятся к классу нетрадиционных энергоустановок, использующих при работе такие компоненты, как водород и кислород, в ходе разработки особое внимание уделялось пожаровзрывобезопасности (ПВБ), а также базовому (наземному) обеспечению ЭУ реагентами. При создании ЭУ "Кристалл-20" были тщательно проанализированы зарубежный опыт разработки корабельных ЭУ с ЭХГ и имеющиеся в стране наработки для космических программ, выполненные Уральским электрохимическим комбинатом (УЭХК) в части ЭХГ и НПО "Энергия" (ныне РКК "Энергия") по системам хранения водорода и кислорода и по энергоустановке в целом.

Опытная ЭУ «Кристалл-20». Фото: http://www.niiset.ru


Из всего рассмотренного интерес вызвала разработка УЭХК электрохимического генератора "Фотон" для космических аппаратов, отличающегося высокой экономичностью и хорошими массо-габаритными характеристиками, однако не отвечающего по ряду параметров требованиям, предъявляемым к корабельному оборудованию. На его базе УЭХК до договору с ОАО СКБК ведет работы по созданию для ЭУ c ЭХГ второго поколения полностью адаптированного к корабельным условиям электрохимического генератора c увеличенным в шесть раз ресурсом, напряжением батареи 320 В и значительно сниженной стоимостью. Отечественные ЭУ с ЭХГ второго поколения (ЭУ "Кристалл-27", "Кристалл - 27Э") качественно превосходят по своим техническим параметрам ЭУ с ЭХГ первого поколения. Уже утвержден эскизный проект автоматизированной ЭУ "Кристалл-27", выполнен значительный объем работ в рамках технического проекта, оформляется конструкторская документация на макетные и опытные образцы оборудования ЭУ. При этом в полной мере используется задел по системам ПВБ, базового обеспечения и другим, созданный при разработке ЭУ первого поколения.

Схема ЭУ «Кристалл-27». Фото: http://www.niiset.ru


Один из вариантов автоматизированной энергетической установки с электрохимическим генератором - ЭУ "Кристалл-27Э" предназначен для использования в качестве источника электроэнергии, обеспечивающего увеличение подводной автономности ПЛ типа "Амур" на 15-45 суток в режиме экономического хода как непрерывно, так и с необходимыми перерывами, а также в режиме заряда аккумуляторных батарей (АБ) в подводном положении и для дополнительного подводного хода на АБ. Принцип действия ЭУ и описание основных систем подробно изложены в "Военном параде", 3, 1997 г. В состав ЭУ входят: - электрохимический генератор; - интерметаллидная система хранения и подачи водорода; - криогенная система хранения и подачи кислорода; - комплекс систем пожаровзрывопредупреждения;
- система термостатирования;
- система управления;
- система электропитания.
В энергетической установке водород хранится в интерметаллидных соединениях и кислород - в жидком (криогенном) состоянии.


Автоматизированная действующая модель КЭУ по своему составу и основным схемно-конструктивным и техническим решениям полностью имитирующая ЭУ «Кристалл-27» Фото: http://www.niiset.ru


В основу обеспечения пожаровзрывобезопасности ЭУ "Кристалл-27Э" положены принципы нескольких уровней:
- обеспечение ПВБ средствами и конструктивным исполнением собственно оборудования и систем,
направленными на прекращение подачи реагентов при аварийной разгерметизации и исключение загорания внутри оборудования и систем, предотвращение образования горючих смесей вследствие утечек реагентов и возникновения импульсов энергии, инициирующих взрыв и пожар; - автоматический контроль технологических параметров ЭУ и параметров атмосферы выгородок ЭХГ и интерметаллидных накопителей с прекращением подачи реагентов - реализуется системой управления и системой взрывопожаропредупреждения; - автоматическое обнаружение взрыва или пожара в помещениях ЭУ;
- обеспечение ПВБ средствами специальных систем предотвращения взрыва и пожара, включая флегматизацию атмосферы помещений при авариях;
- локализация очага взрыва и горения в пределах помещения ЭХГ периферийными переборками повышенной прочности. Указанные принципы реализуются комплексом схемных, конструктивных, технологических решений и организационно-технических мероприятий. Комплексная отработка мероприятий по обеспечению ПВБ произведена ОАО СКБК при участии РНЦ "Прикладная химия", ВНИИ ПО и других предприятий на опытных системах водорода и кислорода на специальном стенде ПВБ, смонтированном на испытательном комплексе "Сокол", а также на стендах перечисленных организаций при выполнении ОКР "Кристалл-20". Их эффективность была подтверждена Государственной комиссией, принимавшей ЭУ "Кристалл-20".
Важно отметить и абсолютную экологическую безопасность, потому что отсутствуют какие-либо проблемы, связанные с утилизацией как продуктов реакции (воды), так и в дальнейшем - утилизации оборудования и систем энергоустановки в целом по истечении срока службы ПЛ.
Оснащение неатомных ПЛ воздухонезависимыми ЭУ приводит к увеличению их стоимости за счет следующих факторов: - собственно стоимость поставочного образца (головного, серийного) энергоустановки, которая может составлять около 15-20% от цены ПЛ;
- необходимых затрат на опытно-конструкторские работы, которые также влияют на продажную цену ПЛ.
Вместе с тем использование в составе ВМС ПЛ с воздухонезависимыми энергоустановками (ВНУ) вместо ПЛ с традиционными дизель-электрическими установками экономически выгодно, так как благодаря значительному повышению боевой эффективности позволяет сократить количество ПЛ.
ФРГ предполагает замену 18 дизель-электрических ПЛ проекта 206/206А на четыре ПЛ проекта 212,
оснащаемые ЭУ с ЭХГ.
Ведущие страны - производители ПЛ с воздухонезависимыми установками предполагают как использование таких ПЛ в составе собственных ВМС, так и (с учетом их высоких экспортных возможностей) поставку другим странам. К упомянутым странам - производителям ПЛ в первую очередь следует отнести ФРГ, Швецию, Францию (предполагает только экспорт ПЛ с ВНУ). В настоящее время на мировом рынке военной техники появился ряд интересных коммерческих предложений в этой области. Так, четыре ПЛ проекта 212, оснащаемые энергоустановкой с ЭХГ, строятся в ФРГ по государственному контракту общей стоимостью 2,6 млрд. марок. Следовательно, стоимость одной ПЛ проекта 212 составит около 370 млн. долл. США.
ПЛ проекта 212 в количестве 2-4 единиц Италия планирует строить на своих верфях совместно с ФРГ также на основе государственного контракта.
Франция планирует поставку на экспорт (в Пакистан) трех ПЛ "Agosta", одна из которых оснащается парогазотурбинной ВНУ - МЕSМА, по контракту общей стоимостью около 900 млн. долл. США.
Представляется, что отечественная ПЛ, оснащенная ЭУ с ЭХГ, по своим характеристикам не уступающая зарубежным аналогам, в первую очередь ПЛ проекта 212 (ФРГ), будет конкурентоспособной.
ЭУ "Кристалл-27Э" с интерметаллидным хранением водорода, криогенным хранением кислорода и низкотемпературным электрохимическим генератором со щелочным матричным электролитом полностью удовлетворяет всем предъявляемым к ней требованиям, включая требования по пожаровзрывобезопасности, и конкурентоспособна с ЭУ ПЛ проекта 212, превосходя последнюю по экономичности и организации базового обеспечения за счет наличия автономного берегового комплекса заправки.

Береговой комплекс заправки водородом и кислородом для ЭУ «Кристалл-27». Изображение: http://www.niiset.ru


Береговой комплекс заправки не принадлежит собственно энергоустановке с ЭХГ. Однако его поставка заказчику совместно с ПЛ значительно повысит конкурентоспособность отечественной разработки. Страна-заказчик получит в комплекте автономный комплекс, надежно и своевременно способный обеспечивать ПЛ с ЭУ с ЭХГ водородом и кислородом как в мирное, так и, что особенно важно, в военное время.
Необходимо отметить, что достигнутые на ЭУ с ЭХГ второго поколения характеристики не являются предельными и могут быть существенно улучшены в первую очередь за счет совершенствования системы хранения и подачи водорода на борту ПЛ. Разработанной ОАО СКБК концепцией развития ЭУ с ЭХГ предусматривается создание корабельных энергоустановок с ЭХГ третьего поколения и оснащение ими неатомных ПЛ после 2010 года.
Если ЭУ с ЭХГ первого и второго поколений служат вспомогательными энергоустановками только на режимах экономического хода и позволяют увеличить подводную автономность ПЛ на почти 10 и 15-45 суток, соответственно, то ЭУ с ЭХГ третьего поколения представляют собой единый всережимный двигатель, обеспечивающий как подводный, так и надводный ход во всем диапазоне нагрузок, включая максимальные. ЭУ с ЭХГ третьего поколения позволяют увеличить подводную автономность неатомных ПЛ до 60-90 суток и в максимальной степени приблизить их по своим основным параметрам к атомным ПЛ.
ОАО СКБК - ведущая и единственная в России организация, имеющая реальный опыт создания и сдачи ЭУ с электрохимическим генератором для ПЛ ВМФ. В сложившейся кооперации контрагентов ОАО СКБК готово по заданию заказчика в течение 2-4 лет (в зависимости от уровня мощности и энергоемкости) разработать, изготовить и поставить ЭУ с ЭХГ самого высокого класса мощностью от 10 до 600 кВт (кратковременно до 4000 кВт), энергоемкостью от 100 до 100 000 кВт.ч, удельной энергоемкостью 150-200 Вт.ч/кг или 200-250 Вт.ч/л со всей обеспечивающей ЭУ инфраструктурой
как для морских, так и наземных объектов, которые нуждаются в высококачественной электроэнергии в условиях вынужденной изоляции от окружающей атмосферы и когда важны высокий КПД ее производства, малые габариты оборудования, малошумность, экологическая чистота и небольшие выделения тепла.


Кроме этого по теме: ФИЛИАЛ "ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ" ФГУП "КРЫЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР" ЭУ с ТЭ для морских объектов

Достоверность материалов об испытании на опытной ПЛ "Саров" ЭУ "Кристалл-27" либо иных ЭХГ не берусь.


В.А. Васильев, И.Д. Романов, Е.А. Романова, А.Д. Романов ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ПОДВОДНЫХ ЛОДОК С ВОЗДУХОНЕЗАВИСИМЫМИ ЭНЕРГОУСТАНОВКАМИ В РОССИИ И СССР


С 1998 года к работам по созданию ЭУ с ЭХГ по техническому заданию ЦКБ МТ "Рубин" подключена РКК "Энергия" им. С.П.Королева (г.Королев), имеющая большой опыт создания установок с криогенными системами хранения реагентов для космических аппаратов. В основу нового ЭХГ положены энергоблоки на основе топливных элементов щелоч- Рис. 6. ПЛ Б-585 "Санкт-Петербург" пр.677 на Неве в Санкт-Петербурге в День ВМФ, 25- 26 июля 2010 г.  ного типа, разработанные УЭХК (г.Новоуральск) для многоразовой транспортной космиче- ской системы "Энергия-Буран" и отличающиеся высокой экономичностью и хорошими мас- согабаритными характеристиками. РКК "Энергия" совместно с ЦКБ МТ " Рубин" разработа- ла автономную энергоустановку с криогенным хранением реагентов "РЭУ-99", которая встраивается в отсек длиной 9,8м и обеспечивает длительность плавания около 20 суток. Установка имеет номинальную мощность 300 кВт, коэффициент полезного действия не ме- нее 70%, удельный расход кислорода при номинальной мощности ЭУ - 0,336 кг/кВт*час, удельный расход водорода при номинальной мощности ЭУ - 0,042 кг/кВт*час. Ввод уста- новки с холодного состояния до полной номинальной мощности составляет не более четырех часов. Время заправки ЭУ с ЭХГ криогенными реагентами - 18,5 часов. В состав энергоустановки входят: блоки хранения криогенного водорода и кислорода (БХВ и БХК), энергоблоки электрохимического генератора с блоками управления, локальная система управления, система пожаровзрывопредупреждения, блоки криогенной и газовой арматуры, система терморегулирования, трубопроводы, и согласующий преобразователь (СП). СП обеспечивает возможность параллельной работы ЭХГ, как источника нерегулируе- мой мощности, и АБ. В зависимости от режима ЭЭС СП работает в режиме вольтдобавочно- го устройства или в режиме широтно-импульсного модулятора для понижения напряжения ЭХГ. СП состоит из шести отдельных блоков для каждого энергоблока ЭХГ и обеспечивает также их электрическую защиту и параллельную работу энергоблоков между собой.




  • 1
Вроде, писали, что водород будут получать разложением дизельного топлива?

Да, синтез с соляркой. И якобы с забором морской воды. Мне самому очень интересно посмотреть будет на эту вариацию на тему двигателя Бассарда...

Воз и ныне там.

Современные иностранные ВНЭУ обеспечивают ход на скорости хода примерно 3.5 узла(минимально малошумный ход).Рубиновский надежно работающий лабораторный образец,согласно интервью господина Вильнита,не ранее 2020.Метанол на картинке лучше заменить на этанол,иначе массовых отравлений среди личного состава ВМФ РФ не избежать.

Насколько надстройка ухудшает обтекание? Имеет-ли смысл её убрать?

Никто не убирает пока.

потому что рулить плохо

  • 1