Важное
Hyundai Heavy Industries продвигается на оборонный рынок США
Как решить 
|
Главная / Издания / Литература / Книжная полка / Вакс А.И., Мурадян В.А., Сагайдаков Ф.Р. Подводные лодки
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИИзменение взглядов на приоритетность характеристик ДПЛ, в частности, снижение требований в отношении скорости надводного хода и придание особой значимости акустической скрытности отразились на составе и компоновке энергетического оборудования. Долгое время на ДПЛ использовались установки в составе дизелей, непосредственно соединенных с гребными валами через разобщительные муфты, и электродвигателей, установленных на тех же линиях валов. В надводном положении движение осуществлялось под дизелями, электродвигатели при этом работали как генераторы, осуществляя зарядку аккумуляторных батарей. В подводном положении дизели разобщались с линией вала и движение осуществлялось под электродвигателями с питанием от аккумуляторных батарей.Начиная с середины 30-х годов на ДПЛ стали применяться энергоустановки в составе двух-четырех автономных дизель-генераторов и двух-трех всережимных электродвигателей, вращающих гребные винты. В надводном и подводном положениях движение осуществляется под электродвигателями. При этом в надводном положении они получают питание от работающих дизель-генераторов, обеспечивающих также и зарядку аккумуляторных батарей, а в подводном — от аккумуляторных батарей. С 70—80-х годов эта схема практически вытеснила схему с дизелями, непосредственно работающими на гребные винты, а большинство ПЛ стало одновальными. Новая схема энергоустановки имеет ряд преимуществ: обеспечивается выигрыш в массе за счет возможности использования высокооборотных дизелей, частота вращения которых не должна согласовываться с оборотами гребного винта, упрощается компоновка, повышается маневренность установки, проще решаются вопросы акустической зашиты и т. д. Современные электродвигатели ДПЛ в кратковременных режимах имеют мощности до 6—7,5 тыс. л. с. (4,5—5,5 тыс. кВт) при частоте вращения около 200 об/мин. Они же используются и для движения с меньшими скоростями хода вплоть до экономической (3—4 уз). Мощность одного дизель-генератора достигает 800—1000 кВт при частоте вращения около 1000 об/мин. Наиболее быстроходные ДПЛ при работе электродвигателя в форсажном режиме имеют подводную скорость до 22—24 уз. Требования к надводной скорости снижены, и у большинства современных ДПЛ она не превышает 10—12 уз, что указывает, насколько кардинально изменились взгляды на эту характеристику. Уместно в связи с этим напомнить, что на протяжении многих лет предпринимались попытки обеспечить некоторым ДПЛ при движении в надводном положении скорость, близкую для надводных кораблей. Для этого, например, на английских ПЛ типа «К», строительство которых началось еще в годы первой мировой войны, были применены паротурбинные установки, обеспечивающие скорость до 25 уз. Однако эти ПЛ, в основном, из-за своих энергетических установок оказались столь неудачными, что на последних из них были применены обычные дизельные установки. Другой пример - отечественные ПЛ постройки 30-х годов типа «Правда», которым за счет применения мощных дизелей предполагалось обеспечить надводную скорость около 24 уз (фактически была достигнута скорость около 20 уз). Развитие средств преобразования электроэнергии (выпрямителей, инверторов, систем регулирования частоты) позволило перейти на современных ДПЛ к применению генераторов и электродвигателей переменного тока, что положительно повлияло на надежность и безопасность их работы за счет упрощения или отказа от щеточных коллекторов, искрение которых и угольная пыль создавали значительные проблемы. В последнее время ведется разработка и экспериментальная проверка новых высокоэффективных типов электродвигателей: синхронных машин с постоянными магнитами PERMASYN (Permanent Magnit Synchronous), циклоинверторных машин и т. п. Указанные машины обладают, по данным их разработчиков, лучшими, чем обычные электродвигатели, удельными массогабаритными характеристиками и КПД, имеют меньшую шумность, требуют менее мошной системы охлаждения, обеспечивают плавное регулирование оборотов, обладают рядом других достоинств. К числу новых оригинальных решений, которые, возможно, найдут применение на ДПЛ, относится объединение в один агрегат гребного винта и погруженного электродвигателя. В этой конструкции кольцо из постоянных магнитов, укрепленное на кромках лопастей гребного винта, играет роль ротора. Статор совмещен с насадкой. Одним из преимуществ новой конструкции является отсутствие обычного гребного вала, что упрощает компоновку подводной лодки и позволяет обойтись без сложного и ответственного узла — дейдвудного сальника. Запасы электроэнергии при движении ДПЛ в подводном положении обеспечиваются свинцово-кислотными аккумуляторами. Предпринимались и продолжаются многочисленные попытки заменить их аккумуляторами других типов. Например, в 50-х годах в некоторых проектах ПЛ предусматривалось применение серебряно-цинковых аккумуляторов, имеющих примерно вдвое большую, чем у свинцово-кислотных, удельную энергоемкость (запас энергии отнесенный к массе). Однако, вследствие значительно большей стоимости и сложности эксплуатации эти аккумуляторы, кроме как на нескольких опытных ПЛ, практически не использовались. Благодаря удачному сочетанию технико-экономических характеристик свинцово-кислотные аккумуляторы продолжают оставаться единственным типом аккумуляторов, используемых на ПЛ. В последнее время для этих аккумуляторов стали применяться элементы двухъярусной конструкции, трубчатые аноды, катоды, облицованные медными пластинами, новые особо стойкие материалы для сепараторов и корпусов. Широкое распространение получают дистанционно-автоматические системы обслуживания, управления и контроля аккумуляторов с использованием современной вычислительной техники. Число групп аккумуляторных батарей на ПЛ колеблется от двух до четырех; в редких случаях больше (например, на ПЛ немецкого проекта типа «1700» восемь групп). В группе обычно около 120 элементов, напряжение для каждого элемента около 2,0 В. Запас энергии аккумуляторных батарей при удельном показателе в среднем 35-40 Втч/кг составляет в зависимости от типа ДПЛ 4000-10000 кВч и обеспечивает им дальность непрерывного плавания 300-400 миль со скоростью около 4 уз. При этом значительная часть запаса энергии, достигающая для современных ДПЛ 60-65%, расходуется на работу радиоэлектронного оборудования и средств обитаемости. Значительное повышение эффективности неатомных ПЛ связывают, как уже указывалось, с применением на них новых типов энергетических установок, разработка которых ведется в следующих основных вариантах: дизели, работающие по замкнутому циклу; двигатели с внешним подводом теплоты - ДВПТ (двигатель Стирлинга); ЭУ на основе топливных элементов и паротурбинные с замкнутым циклом. Мощность этих установок обычно находится в пределах 100-200 кВт, что достаточно для движения ПЛ со скоростью 5-6 уз. Работа установок обеспечивается запасами кислорода, водорода и углеводородного топлива (для дизелей, паровых турбин и ДВПТ). Газы хранятся под давлением или в жидком состоянии. Для водорода рассматривается также вариант хранения в связанном состоянии в составе гидратов щелочных металлов в интерметаллидных соединениях. В зависимости от запасов кислорода, водорода или топлива эти установки обеспечивают дальность непрерывного подводного плавания, в 5-10 раз большую, чем при использовании аккумуляторных батарей. Каждая из этих установок имеет свои достоинства и недостатки, однако в целом они близки по своим выходным характеристикам. Этим объясняется, что все указанные варианты установок разрабатываются практически одновременно. В отношении состояния разработки и внедрения они также находятся на близком уровне. Установка с дизелями, работающими по замкнутому циклу, в 1982 г. испытана на итальянской экспериментальной ПЛ и, по некоторым данным, проработала в общей сложности 25000 ч в подводном положении. Испытания дизеля, работающего по замкнутому циклу, были проведены также в 1989 г. на специальной малой экспериментальной ПЛ немецкой постройки «Seahorse-KD». Установка на основе ДВПТ смонтирована на шведской ДПЛ «Nacken». После завершения переоборудования ПЛ в 1982 г. началась ее опытная эксплуатация. Использование установки этого типа планируется на австралийских ДПЛ типа «Collins», строящихся по шведскому проекту, и на строящейся ДПЛ ВМС Швеции А19. В этот же период на немецкой ДПЛ U1 была размещена установка с топливными элементами. С учетом массы реагентов она имеет удельный показатель по запасу энергии около 200 Втч/кг. Сообщалось, что в 1984 г. установка успешно прошла испытания и была демонтирована для детального обследования. Результаты этих испытаний используются при создании аналогичной установки для новых немецких ДПЛ типов 212 и 214. Сама ДПЛ U1 впоследствии была оснащена дизельной установкой, работающей по замкнутому циклу, для экспериментальной ее отработки. Во Франции с начала 80-х годов разрабатывается паротурбинная установка замкнутого цикла типа MESMA (Module d'Energie Sous-Marine), использующая этанол и жидкий кислород. В 90-х годах появились предложения об оснащении ДПЛ вспомогательными АЭУ, обеспечивающими, наподобие рассмотренных установок, длительный подводный ход с ограниченной скоростью. Относить ПЛ с такой установкой к классу дизель-электрических можно только условно. Возможно, правильнее называть ее атомной ПЛ с АЭУ малой мощности. Существует несколько конкретных разработок таких установок. В основе их лежит применение, как правило, низкотемпературного атомного реактора, скомпонованного вместе с обслуживающими системами, турбогенератором и зашитой в виде автономного блока-капсулы. Мощность, например, канадской установки этого типа, названной AMPS (Autonomous Marine Power Source), может составить в зависимости от конкретного варианта 100—400 кВт. Считается, что установки такого типа найдут применение не только при создании новых ПЛ, но и при модернизации уже существующих. Все рассмотренные энергоустановки новых типов, расширяя боевые возможности ПЛ, приводят вместе с тем к существенному их усложнению и удорожанию, требуют для обеспечения эксплуатации создания новой инфраструктуры, повышения квалификации личного состава, а вспомогательные АЭУ — еще и изменения политико-правового статуса ПЛ, что существенно при наметившейся тенденции выделения неядерных зон и морей. Вероятно, по этим причинам, несмотря на значительное продвижение в решении технических вопросов, эти установки не находят до последнего времени (конец 90-х годов) практического применения на серийных боевых подводных лодках. Вперед Оглавление Назад
|
.jpg)
