CC BY-NC
28
A.N. Dyadik, A.V. Yushkov Prospects for the development of air-independent engines
DOI: 10.24937/2542-2324-2021-1-S-I-347-348 УДК 621.352:629.5
А.Н. Дядик, А.В. Юшков
СПбГМТУ, Санкт-Петербург
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ВОЗДУХОНЕЗАВИСИМЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
Воздухонезависимые энергетические установки для подводных лодок в скором времени прейдут на смену дизель-электрическим. Разработки в данном направлении ведутся по двум направлениям.
В статье рассматриваются различные типы ВНЭУ по основным показателям и обоснован выбор наиболее перспективного типа установки на основании отечественного и зарубежного опыта.
Ключевые слова: электрохимический генератор, топливный элемент, воздухонезависимая установка, водородная энергия.
Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.
DOI: 10.24937/2542-2324-2020-1-S-I-347-348 UDC 621.352:629.5
A.N. Dyadik, A.V. Yushkov
St. Petersburg State Marine Technical University, St. Petersburg
PROSPECTS FOR THE DEVELOPMENT OF AIR-INDEPENDENT ENGINES
Аir-independent engines for submarines will soon replace diesel-electric ones. There is an ongoing development in this area in two directions.
The article considers various types of ак-independent engines according to the main indicators and substantiates the choice of the most promising type of engine based on domestic and foreign experience. Key words: electrochemical generator, fuel element, air-independent engine, hydrogen energy. Authors declare lack of the possible conflicts of interests.
ВНЭУ для подводных морских объектов нового поколения развиваются по двум направлениям:
■ тепловые энергоустановки (ТЭУ), основанные на тепловых циклах и машинных способах преобразования энергии, среди которых наибольшие перспективы имеют двигатель с внешним подводом теплоты (ДВПТ) - двигатель Стир-линга и парогазотурбинные установки замкнутого цикла;
■ энергоустановки на топливных элементах или иначе ЭУ на основе электрохимических генераторов (ЭУ с ЭХГ).
Анализ состояния развития и внедрения ВНЭУ на подводных морских объектах военного назначения показывает, что в настоящее время ВМС более десятка зарубежных стран уже имеют в своем со-
ставе неатомные подводные лодки (НАПЛ), оснащенные ВНЭУ трех указанных выше типов.
Их сравнение по таким критериям, как КПД, параметры цикла, шумность и некоторым другим, представленное в табл. 1 [1], наглядно показывает, что ВНЭУ с ЭХГ значительно превосходят остальные типы ВНЭУ по всем основным параметрам, в том числе по энергоэффективности, интегральному уровню физических полей, эксплуатационным качествам и т.п.
Данные табл. 1 свидетельствуют о том, что установки с ЭХГ более перспективны в термодинамическом плане, чем тепловые двигатели замкнутого цикла, поскольку коэффициент полезного действия ВНЭУ с ЭХГ достигает 50% и более, тогда как у воздухонезависимых установок типа МБ8МЛ
Для цитирования: Дядик А.Н., Юшков А.В. Перспективы развития воздухонезависимых энергетических установок. Труды Крыловского государственного научного центра. 2021; Специальный выпуск 1: 347-348.
For citations: Dyadik A.N., Yushkov A.V. Prospects for the development of air-independent engines. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2021; Special Edition 1: 347-348 (in Russian).
ФГУП «Крыловский государственный научный центр»
347
А.Н. Дядик, А.В. Юшков
Перспективы развития воздухонезависимых энергетических установок
Таблица 1. Сравнение ВНЭУ по основным эксплуатационным показателям
Показатель ЭУ с ЭХГ Двигатель Стирлинга Дизель замкнутого цикла MESMA
Преобразование энергии Прямое Непрямое Непрямое Непрямое
КПД, % 50-60 30-40 около 30 20
Рабочая температура, °С менее 90 > 600 > 450 > 700
Удельное потребление кислорода, кг/кВт-ч 0,4 1,0 0,75 1,1
Интегральный уровень физических полей (1 - max, 4 - min) 4 2 1 3
едва дотягивает до 20%. Кроме того, установки с ЭХГ работают практически бесшумно, выделяют меньше теплоты, они более экологичны [2, 3]. Правда, ВНЭУ с ЭХГ отличаются несколько более высокой стоимостью, поскольку используют в топливных элементах катализаторы из драгоценных металлов, в частности, из платины. Также проблемным остается хранение (или генерация) водорода в составе ВНЭУ с ЭХГ.
Положения таблицы 1 подтверждаются зарубежной статистикой, говорящей о том, что доминирующее положение на рынке ВНЭУ для НАПЛ как в настоящее время, так в перспективе до 2030 г. занимают и будут занимать ВНЭУ с ЭХГ, причем исключительно с твердополимерным электролитом (ТПТЭ).
В части создания ВНЭУ с ЭХГ для НАПЛ безусловным лидером является Германия. Практические работы по созданию ВНЭУ с ЭХГ для ПЛ пр. 212 компаниями HDW, Регго81аа1 и 1КЬ стартовали еще в 1980 г. В 1985 г. началась эксплуатация опытной установки на наземном стенде. После ее успешного завершения с целью дальнейшей отработки установка с ЭХГ была размещена на одной из ПЛ ВМС Германии (Ш). По результатам морских
испытаний в 1988-1989 гг. принято решение о размещении установки на ПЛ пр. 212.
Причем однозначный выбор в пользу ВНЭУ с ЭХГ, как в наибольшей степени отвечающей требованиям, предъявляемым к воздухонезави-симым энергоустановкам для оснащения современных НАПЛ, был сделан немецкими разработчиками на основе сравнительного анализа мирового опыта разработок ВНЭУ, а также результатов собственных опытно-экспериментальных работ по ВНЭУ на основе дизеля замкнутого цикла (ДЗЦ) и ЭХГ.
Список использованной литературы
1. Дядик А.Н., Замуков В.В., Дядик В.А. Корабельные воздухонезависимые энергетические установки. СПб.: Судостроение, 2006. 424 с.
2. Коровин Н.В. Топливные элементы и электрохимические энергоустановки. М.: Издательство МЭИ, 2005. 280 с.
3. Дядик А.Н. Анализ эффективности работы автоматизированной системы взрывоподавления в ЭУ с ЭХГ // Системы управления и обработки информации: науч.-техн. сб. / ФНПЦ «НПО «Аврора». СПБ., 2000. Вып. 2. С. 35-40.
Поступила / Received: 15.11.21 Принята в печать / Accepted: 08.12.21 © Дядик А.Н., Юшков А.В., 2021
348
Труды Крыловского государственного научного центра. Специальный выпуск 1, 2021
