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

Как сообщила Группа информационного обеспечения Сухопутных войск ВС РФ, завершить государственные испытания 57-мм зенитного артиллерийского комплекса «Деривация-ПВО» планируется в ноябре 2019 г.
Современный комплекс радиоэлектронной борьбы 1Л262 «Ртуть-БМ» впервые поступил на вооружение мотострелкового соединения 41-й общевойсковой армии Центрального военного округа (ЦВО), дислоцированного в Кемеровской области.
На аэродроме Кызыл (Республика Тыва) сформирована смешанная авиационная эскадрилья, которая структурно входит в состав отдельного транспортного смешанного авиационного полка ЦВО.
Концерн «Калашников» опубликовал технические характеристики нового малогабаритного автомата АМ-17.
Для разработки высокотехнологичных конкурентоспособных продуктов в радиоэлектронной отрасли России требуется создание сети дизайн-центров, что позволит получить радиоэлектронному комплексу (РЭК) госкорпорации «Ростех» экономический эффект в размере 12-15 млрд. рублей дополнительной выручки, заявил заместитель председателя правительства России Юрий Борисов в ходе мероприятия по подведению итогов деятельности РЭК.
Один из батальонов 104-го гвардейского десантно-штурмового полка 76-й гвардейской десантно-штурмовой дивизии получил на вооружение 31 БМД-4М и 8 БТР-МДМ «Ракушка». Командиры подразделений и экипажи боевых машин ранее в плановом порядке прошли двухмесячный курс переподготовки на новую технику в учебном центре ВДВ в Омске.
«Вертолеты России» планируют создать арктическую версию крупнейшего в мире транспортного вертолета Ми-26, заявил генеральный директор холдинга Андрей Богинский.
Более 200 операторов беспилотных летательных аппаратов Центрального военного округа (ЦВО) пройдут переобучение до конца 2019 г. на современные комплексы с БЛА «Элерон», «Тахион» и «Орлан-10».
Расчеты зенитных ракетных систем С-400 заступили на боевое дежурство по противовоздушной обороне военных, административных и гражданских объектов Ленинградской области.
Специалисты радиоэлектронной борьбы (РЭБ) Центрального военного округа (ЦВО) отработали искажение навигационных полей условного противника в ходе специальных учений под Екатеринбургом.

 

 

 

 

 

 

 

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