Anaeroobse mootori tööpõhimõte ja seade. "Tuumalaevastiku lahinguvõimalused": kuidas uued elektrijaamad tugevdavad Venemaa allveelaevade jõudu. Tuumaelektrijaamade tööpõhimõte

Moskva, 23. august - RIA Novosti, Andrey Kots. Diislikütusel töötavad allveelaevad (diiselelektrilised allveelaevad) on hädavajalikud ranniku- ja madalaveelistel aladel, kus nende raskemad aatomi kolleegid alati mööda ei pääse. Kaasaegsed Venemaa diiselelektrilised allveelaevad on tohutu ja mitmekülgne relv, kuid võrreldes tuumaallveelaevadega on neil üks tõsine puudus. Kui tuumal töötav laev suudab vee all olla nii kaua kui soovite, kuni toit saab otsa, on diislikütuse allveelaevad sunnitud perioodiliselt pinnale tulema, et akusid generaatoritega laadida. Kuid tänu õhust sõltumatutele elektrijaamadele (VNEU) saavad mõned tänapäevased "diiselinimesed" ilma selleta hakkama.

Pinnakatteta

Iga allveelaev, olenemata konstruktsioonist, veeväljasurvest, relvadest ja meeskonna väljaõppest, on pinnal olles kaitsetu, nagu kassipoeg koerapaki ees. Paadil pole märkimisväärset mereväe suurtükiväge, mis oleks võimeline vaenlase laevameeskondade kiirpaate tõrjuma. Ei suuda võidelda allveelaevade või laevade vastaste rakettide rünnaku vastu. Ja isegi kui tal on aega kiiremas korras sukelduda, ei jäta tõenäoliselt "peksjaid", kes on selle koordinaadid juba täpselt kindlaks määranud. Rahuajal ähvardab see häirida "autonoomiat". Sõjaväes - paadi ja selle meeskonna surm.

Mittetuumaallveelaeva mootoreid juhivad laetavad patareid, mille laadimine kestab maksimaalselt neli päeva, kui allveelaev liigub kiirusega kuni viis sõlme. Kui antakse käsk "Täiskäik edasi!", Saavad patareid mõne tunni pärast tühjaks. Nende maksimaalne laadimine pardal olevate diiselgeneraatoritega võtab umbes kaks päeva, see nõuab hapnikku, nii et paat on sunnitud pinnale. Muidugi on võimalik kasutada mootori veealust töörežiimi (RPM). Sellisel juhul tõstab allveelaev veepinna kohale snorgeldamistoru, mille kaudu õhk siseneb. Eelmise sajandi keskel aktiivselt kasutatav meetod suurendab aga järsult tõenäosust avastada allveelaev vaenlase radari, infrapuna, optiliste-elektrooniliste ja akustiliste vahendite abil.

Õhust sõltumatu ehk anaeroobne mootor ei vaja otsest juurdepääsu atmosfäärile. Praegu on maailmas neli peamist VNEU tüüpi: suletud tsükliga diiselmootor, Stirlingi mootor, kütuseelemendid (elektrokeemiline generaator) ja suletud tsükliga auruturbiin. Need peavad vastama järgmistele nõuetele: madal müratase, madal soojusenergia tootmine, vastuvõetavad kaalu ja suuruse omadused, töö lihtsus ja ohutus, pikk kasutusiga ja madal hind.

Oluline on märkida, et VNEU tootmistehnoloogia on väga keeruline ja teadusmahukas. Maailmas pole palju osariike, kes oleksid selle täielikult omandanud. USA mereväge VNEU teema ei huvitanud, eelistades kogu allveelaevastiku üleviimist aatomienergiale. Prantslased, kes sellest hoolimata ehitasid Scorpeni tüüpi ekspordiallveelaevu, läksid sama rada. Need väikesed paadid töötavad turbiinides suletud tsüklis, kasutades etanooli ja vedelat hapnikku. Autonoomia ilma pinnata on umbes kolm nädalat.

Sakslased võtsid kasutusele teistsuguse strateegia ja esitasid 2000. aastate alguses sarja U-212/214 allveelaevu. Nendel allveelaevadel on "hübriid" jõujaam: RDP-režiimis või pinnal sõitmiseks laaditakse akusid 1050-kilovatise diiselgeneraatoriga. Ja vee all mängib ökonoomseks sõiduks Siemens SINAVY Permasin õhust sõltumatu mootor. Selle jõuallikaks on üheksa prootonivahetusega kütuseelemendist koosnev elektrijaam, sealhulgas krüogeense hapniku ja metallhüdriidi paagid. Need elemendid tagavad tiivikute pöörlemise.

Kütuseelementide roll

Täna pole Venemaal ühtegi õhust sõltumatu elektrijaamaga diiselelektrijaama allveelaeva, kuid need peaksid ilmuma lähiaastatel. Kaitseministeeriumi esindajad on korduvalt väitnud, et esimene VNEU saab Project 677 Lada allveelaevad. Sellest hoolimata sõltuvad tellitavad "Peterburi" ning ehitatavad "Kronstadt" ja "Velikie Luki" endiselt täielikult diiselgeneraatoritest. Kuid projekti järgmine paat, mis lastakse vette 2025. aastani, on juba varustatud oma toodanguga anaeroobse elektrijaamaga. Enamik selle arengu kohta käivaid andmeid on rangelt salastatud, kuid on teada, et selle ülesehitus põhineb tahke olekuga rakkude elektrokeemilise generaatoriga auru reformimisel.

"Katsed VNEU-ga viidi läbi juba Nõukogude Liidus," ütles ajakirja "Isamaa arsenal" peatoimetaja Viktor Murakhovsky RIA Novostile. Sisepõlemismootori töö. Nüüd on lähenemine teistsugune - söötmine kütuseelementidega elektrijaam. Peamine ülemaailmne suundumus on täielik üleminek elektriajamile ilma diiselgeneraatoriteta. Sellisel juhul toidavad elektrimootoreid otse suure energiamahuga kütuseelemendid. Lihtsalt pole vaja hõljuda . "

Rubini projekteerimisbüroo, muide, teatas oma valmisolekust aastatel 2021-2022 esitada tuumaga seotud allveelaevade õhust sõltumatu elektrijaam. Ja selle aasta aprillis katsetas Malakhiti disainibüroo edukalt suletud tsükliga gaasiturbiinmootoriga VNEU prototüüpi. Uuendust peaks kasutama väikestes allveelaevades, mis seni eksisteerivad ainult makettidena.

Impordi asendamine

"Oleme välja töötanud rida väikseid allveelaevu, mille töömaht on kakssada kuni tuhat tonni," ütles Malakhiti disainibüroo juhtiv disainer Igor Karavaev RIA Novostile. "Nende üks peamisi eeliseid on VNEU kasutamine. Need on paadid saavad end mugavalt tunda väinavööndites, madalatel veealadel, sadamates ja pääsevad isegi vaenlase sadamatesse ja mereväebaasidesse. Kõrge hiilivus, väike suurus ja võime viibida nädalaid vee all ilma pindamiseta muudab need ideaalseks skautiks ja võimaldab teil korraldada üllatusrünnaku laevade ja peamise rannikuinfrastruktuuri vastu. "

Viktor Murakhovsky sõnul on oma õhust sõltumatute elektrijaamade seeriatootmise alustamiseks ja allveelaevade massiliseks paigutamiseks vaja moodustada hiiglaslik teaduslik ja tehniline reserv kütuseelementide loomiseks, mis toovad energiat allveelaevastiku elektrimootorid. Odavama ja lihtsama alternatiivina peab ta paljulubavate liitium-polümeerakude väljatöötamist, mis töötavad ühe "laadimisega", palju kauem kui täna mereväes saadaval olevad analoogid. "Kuid nende tootmist tuleb ilmselt alustada nullist, sest keegi ei müü meile läänes selliseid tehnoloogiaid. Ja kui nad seda teevad, siis võivad nad ühel päeval lihtsalt varud katkestada," lisas ekspert.

"Teatas föderaalriigi ühtse ettevõtte (FSUE)" Krõlovi teaduskeskus ", et esimese anaeroobse ehk õhust sõltumatu elektrijaamaga (VNEU) esimese allveelaeva loomine toob kaasa olulise tehnoloogilise läbimurde laevaehituses.

Õhust sõltumatute installatsioonide teaduslik ja tehniline alus on loodud. On välja töötatud tahkete elementide baasil elektrokeemilise generaatoriga auru reformimisega seade. Selle tööstusdisain on loodud. Põhitehnoloogiatest rakendab see vesiniku tootmist diislikütusest, elektrokeemilise generaatori loomist, mis eraldab vesinikust elektrivoolu, ja jäätmete eemaldamist esimesest tsüklist. See tähendab, et reaktsiooni käigus tekkiv CO2. See probleem on veel lõpetamisel, kuid nõuetekohase rahastamise korral see lahendatakse.

- ütles nimetatud ettevõtte tegevdirektor Mihhail Zagorodnikov.

Kõigepealt vabastab VNEU laeva vajadusest ujuda pinnale, et laadida akusid ja täita diiselmootorite tööks vajalikku õhuvarustust uppunud asendis.

Nagu märgitud, on praegu edasi liikunud sakslased, kes on loonud kõige arenenumad VNEU arengus. 2014. aastal teatas oma edusammudest selles suunas Prantsuse DCNS, kes varustas Scorpene tüüpi allveelaeva vaadeldava installatsiooniga. Austraalia mereväe nõudmisel on ettevõtte suurema allveelaeva projekt "SMX Ocean" (aka "Shortfin Barracuda"). Indias arendatakse VNEU-d Kalvari paatide jaoks (Scorpene'i baasil).

Erinevalt näidatud väliskogemusest tähendab Venemaa VNEU täiesti erinevat toimimismeetodit: vesinikku ei transpordita pardal, vaid see saadakse otse käitises diislikütuse reformimise abil.

Mererelvade valdkonna ekspert Vladimir Štšerbakov usub, et VNEU-ga allveelaevad võimaldavad edukalt tegutseda vaenlase tihedalt kontrollitud vetes.

Võime mitte hõljuda on oluline seal, kus vaenlase allveelaevavastased jõud aktiivselt tegutsevad. Piisab, kui meenutada, milline oli sakslaste jaoks kerge saak meie paadid Läänemerel Suure Isamaasõja ajal. Samasugune olukord tekkis sõja lõpuks Atlandi ookeani põhjaosas asuvate Saksa allveelaevnike puhul.

Tema arvates on seda tüüpi paatidel suur ekspordipotentsiaal, eriti riikides, kus puudub tuumaallveelaevastik. Nagu Venemaa usub, on Venemaa jaoks selles etapis piisav, kui piirduda Lada projekti paatide paariga tehnoloogiate arendamiseks ja spetsialistide koolitamiseks.

Hästi meisterdatud seeriavaršavjankad on nüüd üsna võimelised kaitsma baase ja rannikut vaenlase tuumaallveelaevade eest.

Praegu ehitatakse Peterburis "Admiraliteedi laevatehaseid": "Kronstadt" ja "Velikie Luki". Selle projekti juhtiv allveelaev Peterburis läbib Põhjalaevastikus proovitööd. Sellel pole veel ühtegi anaeroobset elektrijaama.

Kaasaegsed mitte-tuumaallveelaevad (allveelaevad) on väga tõhus vahend relvastatud sõjapidamiseks merel ja on liikuvad platvormid, mis on võimelised kandma mitmesuguseid relvi, samuti pikkade reiside sooritamiseks oma kodubaasist eraldatult. Praegu erinevad Vene ja välismaiste ettevõtete allveelaevad põhimõtteliselt üksteisest vähe või on igal juhul üksteisega võrreldavad arhitektuuri, nihke, ülitäpse relvaga varustuse, sealhulgas löögivõimeliste eri klasside rakettide poolest. kõik mere- ja maismaasihtmärgid. Need allveelaevad on lähedased nii ellujäämisvõime, usaldusväärsuse, elektrooniliste relvade võimekuse jms osas.

Kogemused näitavad aga, et diislikütuse allveelaevade lahingutõhusus on teatud määral langenud, kuna on vaja perioodiliselt laadida akusid, mis vähendab nende tegevuse salajasust ja suurendab avastamise tõenäosust. Niisiis kulutavad diislikütuse allveelaevad akude laadimiseks 2 ... 5 tundi päevas. Lisaks ei võimalda diislikütuse allveelaevade piiratud energiavarud neid kasutada jääga kaetud Arktika piirkondades.
Sukeldumiskestuse pikendamise probleemi, kõrvaldades vajaduse akude laadimiseks sagedase pinnakatmise järele, saab lahendada 100 ... 300 kW võimsusega anaeroobsete elektrijaamade kasutamisega, mis suurendab mittetuumaallveelaevade autonoomiat 480-ni. .. 720 tundi.

Vastavalt lääneriikide mereväe vastuvõetud klassifikatsioonile jagatakse mittetuumaallveelaevad tavaliselt kolmeks alaklassiks:

- klass "A"- klassikalised allveelaevad diisel-elektrilise peajaamaga (GEM);

- klass "B"- hübriidjaamaga allveelaevad, mis koos diisel-elektripaigaldisega sisaldab ka täiendavat anaeroobset (õhust sõltumatut) alamsüsteemi;

- klass "C"- allveelaevad, mis on varustatud ainult spetsiaalse anaeroobse elektrijaamaga.

Üks esimesi hübriidelektrijaamadega lahinguvalmis allveelaevu oli Saksamaa allveelaevad nn Waltheri auru- ja gaasiturbiinidega, mis töötasid vesinikperoksiidi. Saksa XXVI seeria allveelaevad koos Walteri turbiinidega suutsid arendada veealust kiirust kuni 24 ... 25 sõlme. Laeva peroksiidivarustusest piisas kuue tunni jooksul täiskiirusel ning ülejäänud aja jooksul kasutati tavalist diisel-elektriseadet ja seadet diiselmootori töö tagamiseks periskoobi sügavusel (snorgeldamine). XXVI seeria paadid olid tavapärasest oluliselt erineva arhitektuurilise välimusega, keskendudes veealuse positsiooni vastupanuvõime vähendamisele. Neist said omamoodi mereväe tehnika meistriteosed, ehkki neil polnud aega ajateenistusse asuda ja sõjategevuses osaleda, kuid nad olid sõjajärgses allveelaevastike moderniseerimises võitjariikide jaoks väärtusliku materjalina.

Nõukogude Liidus katsetasid nad II maailmasõja eel ka anaeroobsete elektrijaamadega varustatud allveelaevadega. Niisiis, XII seeria neljateistkümnes allveelaev "M" (kuni 1940. aastani nimetati seda S-92 ja seejärel R-1) läks ajalukku esimese Nõukogude allveelaevana, millel oli üks mootor - diiselmootor. mille toimimist oksüdeerijana kasutati vedelat hapnikku.hoiustatud äärmiselt madalatel temperatuuridel (-180 ° C). REDO (spetsiaalse regeneratiivse ühemootoriga) väljatöötamine viidi läbi aastatel 1935-1936. S.A algatusel ja eestvedamisel. Bazilevsky.

Allveelaev S-92 katsetas 1939. aastal tõestas võimalust kasutada diiselmootorit suletud tsükliga 5,5 tundi vee all 185 hj võimsusel suletud tsükliga. alates.

1946. aasta juulis anti välja NSV Liidu Ministrite Nõukogu resolutsioon ühtse mootoriga allveelaevade loomise töö arendamise kohta. Vastavalt dekreedile alustati projekti 615 eksperimentaalse väikese allveelaeva projekteerimist, mille töömaht oli umbes 390 tonni ja mis oli varustatud "ühe" mootoriga, mis oli disainilt sarnane projekti 95 paadi mootoriga. 1955. aastal -1958. tehastes nr 196 ja # 194 ehitati 29 seda tüüpi paati. Projekti A615 paatidega operatsiooni käigus juhtus mitu tõsist õnnetust. Nagu selgus, tekkisid õnnetused elektrijaama omaduste arvestamata jätmise ja personali ebapiisava väljaõppe tagajärjel, kes rääkisid oma allveelaevadest meelitamatult, nimetades neid "tulemasinateks".

Teiseks rakendamiseks valitud "ühe" mootori tüübist oli saksa disaineri Walteri juba mainitud auru-gaasiturbiinplokk (PGTU). Leningradi TsKB-18 projekteerimiseelses projektis 616 reprodutseeris XXVI seeria Saksa paati. 1947. aastal loodi Nõukogude okupatsioonitsooni territooriumil Saksamaal A.A juhtimisel spetsiaalne disainibüroo. Antipin, kes tegeles auru-gaasiturbiinploki tehnilise dokumentatsiooni taastamisega. Samal ajal alustas TsKB-18 Permi Riikliku Tehnikaülikooliga projekti 617 allveelaeva kavandamist. Samal ajal oli kavas kõiki seadmeid, välja arvatud Permi Riiklik Tehnikaülikool, valmistada kodumaistes tehastes.

Projekti kohaselt oli umbes 950 tonnise veeväljasurvega paadil võimalik 6 tunni jooksul arendada vee uppumiskiirust kuni 20 sõlme. Katsepaat pandi maha 5. veebruaril 1951 tehases nr 196 ja selle katsed lõpetati alles 20. märtsil 1956. Aastatel 1956–1959. allveelaev C-99 tegi 98 väljapääsu merele ja läbis üle 6800 miili, millest 315 - Permi Riiklikust Tehnikaülikoolist. 17. mail 1959 juhtus laeval tõsine õnnetus: PGTU vette laskmise ajal 80 m sügavusel kõlas turbiiniruumis plahvatus. Paat tõusis pinnale ja tuli baasi ise. Pärast vee kambrist välja pumpamist leiti, et õnnetus oli tingitud peroksiidi lagunemisest, kui see puutus kokku klapi sattunud mustusega.

Seejärel kaotas Nõukogude mereväe ja kodumaise laevaehitustööstuse juhtkond seoses tuumaallveelaevade loomise õnnestumistega praktiliselt huvi allveelaevade mittetuumaalsete "ühtsete" mootorite vastu. Alles eelmise sajandi seitsmekümnendate esimesel poolel jätkati sellesuunalist tööd. Seekord üritati allveelaeva Project 613 varustada elektrokeemilise generaatoriga võimsusega 280 kW. 1988. aastal läbis projekti 613E allveelaev Katran edukalt ulatuslikud riiklikud katsed ja kinnitas uue energia loomise ja tõhusa kasutamise põhilist võimalust. Nõukogude Liidu kokkuvarisemine ja sellele järgnenud sündmused viskasid aga mitmekümneks aastaks tagasi elektrokeemilise generaatoriga kodumaise allveelaeva loomise.

Ja konkurendid ei tukastanud

XX sajandi viimasel kümnendil Saksamaal, Rootsis ja Prantsusmaal loodi, katsetati ja hakati tootma Stirlingi mootoritel, auru-gaasiturbiinidel ja elektrokeemilistel generaatoritel põhinevaid anaeroobseid elektrijaamu. Nii konstrueerisid ja ehitasid Saksa ettevõtted Howaldtswerke-Deutsche Werft GmbH (HDW) ja Thyssen Nordseewerke GmbH (TNSW) neli 212 tüüpi allveelaeva (U 31 - U 34, üle viidud laevastikule aastatel 2005–2007). 2006. aasta septembris tellis Bundesmarine veel kaks tüüp 212 allveelaeva, mille tähtaeg oli nende laevastikku toimetamine aastatel 2012–2013.

Tüübi 212 veealune veeväljasurve on 1360 tonni, pikkus 53,5 m, laius 6,8 m ja kõrgus kiilust kuni sissetõmmatavate seadmete reelingu ülaosani 11,5 m., Kasutades selleks snorgeldamist), jäädes vee alla kaks nädalat.

Lisaks Saksa mereväele otsustasid Itaalia meremehed omandada samasugused allveelaevad. Fincantieri ehitati aastatel 2005-2007 Saksamaa litsentsi alusel. kaks paati (S526 Salvatore Todaro ja S527 Scire). 2008. aasta märtsis otsustas Itaalia valitsus tellida veel kaks allveelaeva Type 212.

Elektrokeemiliste generaatoritega Saksa allveelaeva veidi muudetud ja täiustatud tüüp on projekt 214, mille pakkusid välja Kreeka mereväe Saksa ettevõtted. Tavalise veeväljasurvega 1700 tonni ja pikkusega 65 m on paat võimeline sukelduma 400 m sügavusele ja kannab relvastust kaheksast 533 mm torpeedotorust. Kreeka valitsus on tellinud Saksamaalt kolm seda tüüpi paati. Läbirääkimised neljanda Katsonise allveelaeva ehitamiseks valmisoleku kuupäevaga 2012. aastal on edukalt lõpule viidud.

Lõuna-Korea, millel on võimas laevaehitustööstus, otsustas osta Saksamaalt litsentsi kolme tüüpi 214. paadi ehitamiseks. Neid toodab Hyundai Heavy Industries; Esimene admiral Sohn Won-il toimetati mereväkke 2007. aasta detsembris, ülejäänud kaks, Jung Ji ja Ahn Jung-geun, peaksid valmima vastavalt 2008. ja 2009. aastal. Praegu arutab Lõuna-Korea valitsus veel kolme tüüpi allveelaeva ehitamise otstarbekust. Seda tüüpi paatide väärtuslikke omadusi peetakse võimeks vesikiirusest torpeedotorudest tiibrakette välja lasta ja kahe elektrokeemilise generaatori olemasolu. Siemensi PEM tüüp võimsusega 120 kW, mis võimaldab kahe nädala jooksul vee all liikuda kiirusega 3 ... 5 sõlme.

Prantslased panustasid ka allveelaevade õhust sõltumatute elektrijaamade loomisse. Nii töötas laevaehituskontserni DCN kuuluv ettevõtete rühm välja Prantsuse allveelaevale Scorpen (tüüp Agosta-90B, veealune veeväljasurve 1760 tonni, pikkus 67 m) anaeroobse aurugeneraatori MESMA (moodul D'Energie Sous Marine Autonome).

Pakistani merevägi tellis 1994. aastal kolm Agosta-90B klassi allveelaeva. Esimesed kaks allveelaeva Khalid (S137) ja Saad (S138) ei olnud algselt varustatud anaeroobse tõukejõuga; Kolmandast allveelaevast Hamza (S139) sai sellise süsteemiga juhtpaat.
On projekte allveelaevade varustamiseks hübriidjaamadega, sealhulgas väikese võimsusega tuumareaktoritega. Väikeste tuumareaktoritega varustatud allveelaevad jäävad sisuliselt diislikütusel töötavaks. Ettevõte kavatseb neid seadmeid tarnida eraldi sektsioonina, mis on täielikult ette valmistatud olemasolevate allveelaevade keredesse sisestamiseks või ehitatavate ehitamiseks. Ühe varustuse variandiks pakuti seoses Victoria tüüpi allveelaevadega.

Võib-olla kõige muljetavaldavamad tulemused anaeroobsete taimede arendamisel saavutas Rootsi kontsern Kockums Submarin Systems. Prantsuse allveelaevale Saga ja Rootsi A14 tüüpi allveelaevale Naecken paigaldati moderniseerimise käigus Stirlingi mootorid V4-275R, mida kasutati veealuse majandusliku liikumise abijõujaamadena. Allveelaeva Naecken tugevaks korpuseks sisseseadmisel tehti otse roolikambri aia taha umbes 8 m pikkune sisselülitus kahe Stirlingi mootoriga, mille võimsus oli kumbki 110 kW ja mis töötasid alalisvoolugeneraatoritega. Vedeliku hapniku pakkumine võimaldas Naeckeni paadil vee all püsida ilma pindamiseta kuni 14 päeva.

Siis astus Kockumsi allveesüsteemide kontsern veelgi muljetavaldavama sammu, ehitades aastatel 1992-1996. kolm Gotlandi klassi allveelaeva (tüüp A19). Allveelaeva jõujaamas olid tavalised diislid ja kaks 75 kW võimsusega Stirling V4-275R mootorit. Allveelaevade pikkus on 60,4 m, veealune veeväljasurve on 1599 tonni.

Rootslaste kõige lootustandvam projekt on seotud paljulubava allveelaevaga Viking. Seda nime ei valitud juhuslikult. Projektis peaksid osalema veel kaks Skandinaavia riiki, Norra ja Taani. Kokums on koostöös Norra ja Taani laevaehitusettevõtetega moodustanud projekti praktilise töö konsortsiumi. Kokku oli kavas ehitada 12 uue põlvkonna allveelaeva. Juhtivate ekspertide sõnul oleks see 21. sajandi alguse parim mitte-tuumaallveelaev. Sellele plaaniti paigaldada üks suure võimsusega Stirlingi mootor (umbes 800 kW). Kuid täna on Vikingi saatus Euroopa laevaehitusfirma käes, mida kontrollib Saksamaa mure. Ja muidugi pole nad liiga huvitatud skandinaavlaste, nende otseste konkurentide edust.

Jaapani merevägi tuli skandinaavlastele appi, kes lasid 1997. aastal vette allveelaeva S 589 Asashio, millele katseks paigaldati kaks Stirlingi mootorit. Pärast katsetsükli lõppu otsustasid Jaapani admiralid ehitada terve rea Soryu klassi allveelaevu, millest esimene peaks kasutusele võtma 2009. aasta märtsis. Need paadid on palju suuremad kui Saksa ja Rootsi (allveelaevade veeväljasurve 4200 tonni). , pikkus 84 m, meeskond 65 inimest) ...

Ja lõpuks tegid ameeriklased maailmajõududest viimasena anaeroobse installatsiooni tüübi lõpliku valiku. Nende lahendus on üheselt mõistetav - Stirlingi mootorid. Selleks rentis USA merevägi 2005. aastal Rootsi Gotlandi klassi allveelaeva, mis oli varustatud õhust sõltumatu Stirlingi installatsiooniga. Ajakirja Jane's Defense Weekly andmetel pidi allveelaeva kasutama Ameerika laevastiku laevade allveelaevastaste operatsioonide harjutamiseks. Paat määrati Californias San Diego mereväebaasi, kus asub allveelaevade vastase sõja väejuhatus. Pange tähele, et USA merevägi on hiljuti taas hakanud pöörama suuremat tähelepanu allveelaevade vastasele kaitsele. Selle põhjuseks on Hiina Rahvavabastusarmee merevägede kiire kasv ja ennekõike Hiina RV allveelaevastiku kvaliteedi kvantitatiivne tõus ja paranemine.

Gotlandi klassi allveelaeva on USA-l vaja ka selleks, et omandada Ameerika Ühendriikides kaotsi läinud tuumaallveelaevade ehitamise kaasaegseid tehnoloogiaid. 2006. aastal kirjutasid Gotlandi klassi allveelaeva ehitanud Ameerika korporatsioon Northrop Grumman ja Rootsi ettevõte Kokums alla koostöölepingule. Selle koostöö raames on Ameerika spetsialistidel võimalus üksikasjalikult uurida Rootsi laevastiku uusima allveelaeva kujundust. Ja selles aitavad neid Rootsi meremehed, kes koos Ameerika kolleegidega paadis teenivad.

Juhtivate ekspertide hinnangul ei ole hübriidajamiga süsteemidega allveelaevad oma omaduste poolest mitte ainult lähenenud tuumaenergiaga allveelaevadele, vaid isegi ületavad neid mõnes mõttes. Niisiis, 2003. aastal peetud Atlandi ookeani kahe õppuse ajal "anaeroobsete Stirlingi mootoritega Rootsi allveelaev Halland" alistas duellolukorras duellelektrijaamaga Hispaania allveelaeva ja seejärel Prantsuse tuumaallveelaeva. Samuti võitis ta Vahemerel "lahingus" Ameerika tuumaallveelaevaga Huston. Tuleb märkida, et madala müratasemega ja ülitõhus Halland on 4,5 korda odavam kui tema aatomirivaalid.

Hübriidelektrijaamade eelised

Arvestades enamiku Lääne-Euroopa riikide - peamiste allveelaevade tarnijate maailmaturul - relvade ja elektrooniliste relvade keerukust, määrab paljutõotavate allveelaevade konkurentsivõime paljuski anaeroobse tõukejõu mootori tüüp.

Kõigist teadaolevatest otsese tsükliga energiamuunduritest (diislid, auru- ja gaasiturbiinid, karburaatori sisepõlemismootorid, ECH jne), mida saab kasutada anaeroobsete seadmete osana, erinevad Stirlingi mootorid soodsalt mitmete omaduste poolest, mis määravad väljavaate nende kasutamine muudel kui tuumaallveelaevadel.: praktiline vaikne töö, mis tuleneb plahvatusohtlike protsesside puudumisest mootori silindrites ja ventiili ajamismehhanismis ning suhteliselt ühtlase pöördemomendiga tötsükli üsna sujuv voolamine, mis mõjutab otseselt veesõidukite akustilist saladust. allveelaev - üldistatud näitaja põhikomponent - "allveelaeva peenus"; kõrge efektiivsusega (kuni 40%), mis on oluliselt suurem kui diiselmootorite ja karburaatori sisepõlemismootorite parimate proovide vastav näitaja; võimalus kasutada kütusena mitut liiki süsivesinikkütust (diislikütus, veeldatud maagaas, petrooleum jne); tavakütusel töötavate Stirlingi mootorite töö ei nõua keeruka rannikuinfrastruktuuri loomist (erinevalt elektrokeemilistest generaatoritest); tänapäevaste Stirlingi mootorite tööiga on 20 ... 50 tuhat tundi, mis on 3 ... 8 korda pikem kui kütuseelementide eluiga (umbes 6 tuhat tundi); kui allveelaevade kasutusiga on umbes 25 ... 30 aastat, vähendab Stirlingi mootorite kasutamine vajalikku allveelaevade arvu 35 ... 40% võrreldes vajaliku elektrokeemiliste generaatoritega paatide arvuga (suurema töökindluse tõttu).

Mitmete välis- ja kodumaiste ekspertide sõnul on Stirlingi mootor eeltoodud eeliste tõttu konkurentsivõimelisem mootoritüüp tuumaallveelaevade anaeroobsete elektrijaamade jaoks. Veelgi enam, kui täna töötatakse välja seadmeid, mis suurendavad veealust autonoomiat majandusliku kiirusega kuni 30 ... 45 päeva, siis lähitulevikus võib Stirlingi mootorit pidada ühtseks kõigi režiimide jõuallikaks, pakkudes nii veealust kui ka pinnapealset läbipääs kogu koormusvahemikus.

Stirlingi mootorite eelised võrreldes teiste otsese tsükliga muunduritega võimaldavad seda soovitada universaalse mootorina igat tüüpi tuumaallveelaevadele, millel on väike, keskmine ja suur töömaht.

Vene merevägi on huvitatud anaeroobse jõuallikaga allveelaevade loomisest nende kasutamiseks Läänemerel ja Mustal merel, kus tuumal töötavate laevade kasutamine on poliitilistel põhjustel välistatud. Mereväe koguvajadus selliste allveelaevade järele on umbes 10-20 ühikut. Lähitulevikus on Stirlingi mootoritega mittetuumaallveelaevade jaoks väga suur turg rahvusvaheline relvaturg, kus alates 2005. aastast. nõudlus selliste allveelaevade järele kasvab pidevalt Ladina-Ameerika, Kagu-Aasia, Lähis- ja Lähis-Ida riikidest. Üldiselt jääb ligikaudne turunišš vahemikku 300–400 allveelaeva, mille keskmine maksumus on umbes 300–400 miljonit dollarit.

Praegu kuuluvad mittetuumaallveelaevad 30 välisriigi laevastiku koosseisu. Arvestades, et nende paatide kasutusiga on hinnanguliselt umbes 30 aastat ja asjaolu, et enamik neist ehitati hiljemalt eelmise sajandi kaheksakümnendate lõpuks, võib eeldada, et alates 2010. aastast mõtlevad paljud loetletud riikidest teie ressurssi ammendanud laevade asemel uute mitte-tuumaallveelaevade ostmise kohta.

Lähitulevikus luuakse Venemaal õhust sõltumatu (anaeroobse) elektrijaama (VNEU) mere prototüüp tuumaallveelaevadele. Sellest teatas United Shipbuilding Corporationi (USC) president Aleksei Rakhmanov. Selline mootor takistab allveelaevu akude laadimiseks pinnale tõusmast. VNEU-ga allveelaevu eristab kõrge vargus ja madal müratase, mis vähendab nende vaenlase avastamise tõenäosust. Lada ja Kalina allveelaevad varustatakse anaeroobsete installatsioonidega.

Ühendatud laevaehituskorporatsiooni (USC) president Aleksei Rakhmanov ütles, et lähitulevikus loovad Venemaa spetsialistid selleks õhust sõltumatu (anaeroobse) elektrijaama (VNEU) mere prototüübi. Samuti varustatakse see jõuüksus osaga projekti 667 "Lada" neljanda põlvkonna allveelaevadest.

Uurimistöö VNEU kohta lõpetati 2014. aastal. 2016. aastal viisid disainerid läbi selle maapealse katse tsükli ja selle aasta alguses katsetasid nad gaasiturbiinmootoriga agregaadi maketti. Elektrijaama arendamisega tegeleb kolm Peterburi ettevõtet: Rubini keskne disainibüroo, Malakhiti disainibüroo ja Krõlovi riiklik teaduskeskus (KGNT).

VNEU võimaldab teil kõrvaldada tänapäevaste olulise puuduse. See seisneb selles, et diisel-elektrilised allveelaevad peavad aku laadimiseks piisavalt sageli pinnale tõusma. Seega saab paadi vaenlase lennukid hõlpsasti tuvastada. Anaeroobne paigaldus võimaldab paadil vee all viibida 20–45 päeva.

“Mittetuumaallveelaevades toimib diisel elektrimootorite elektrigeneraatorina. Kuid diiselmootor ei saa töötada ilma sisselaskeõhu või pigem hapnikuta. Seetõttu on diisel-elektrilised allveelaevad sunnitud iga päev või mõne päeva jooksul pinnale jõudma, "selgitas portaali Sõjaline Venemaa asutaja Dmitri Kornev intervjuus RT-le.

Eksperdi sõnul ei suuda klassikaline diisel-elektriline allveelaev pikka aega suurel kiirusel liikuda ja kaasaegsete seireseadmete eest peitu pugeda. Pinnale tõustes annab allveelaev peaaegu alati vaenlasele võimaluse seda avastada.

Vesinik diislikütusest

VNEU areng algas 1950. aastatel lääneriikides ja mõnevõrra hiljem NSV Liidus. Teaduslikud ja tehnilised uuringud keskendusid õhust sõltumatute Stirlingi mootorite (välispõlemismootorite tüüp) võimete uurimisele. RT).

Kuid mitu aastakümmet ei suutnud teadlased selliste üksuste käitamise keerukuse ja kõrge hinna tõttu praktilist tulemust saavutada. 1980. aastate lõpus saavutasid edu Rootsi spetsialistid, kes lõid esimese tõhusalt töötava VNEU-ga allveelaeva.

1990. aastatel ehitas allveelaevade süsteem Kockums kolm väikest Gotlandi tüüpi allveelaeva, mis olid varustatud anaeroobsete seadmetega. Kuid nende seeriatootmist ei arendatud. 2000. aastal omandasid Saksa merevägi ja Jaapani omakaitseväed õhust sõltumatu mootori.

• Vene allveelaeva esilekerkimine
• function.mil.ru

Kornev soovitab Venemaa VNEU-l ületada välismaiseid kolleege. Eelkõige kasutab kodune anaeroobne jaam elektri tootmiseks kõrgpuhastatud vesinikku, mida toodetakse diislikütusest. Samal ajal laaditakse ülemere vesinikuvaru allveelaevade pardal enne merele minekut.

Armee-2017 foorumil esitas mereelektrotehnika ja -tehnoloogia keskuuringute instituut (osa KGNT-dest) BTE-50K-E tahkekütuseelementidel põhineva aku näidise. See aku on VNEU üks olulisemaid elemente. Aku kuulub võimsusmoodulitesse võimsusega 250–450 kW.

„Viimastel aastatel on akusid aktiivselt täiustatud, need muutuvad mahukamaks ja kompaktsemaks. Näiteks lasti Jaapanis oktoobri esimesel poolel paat liitiumioonakudega. Jaapanlased eeldavad, et vee all viibimise kestus on võrreldav sellega, milleks VNEU võimeline on, ”ütles Kornev.

Samal ajal, nagu märkis RT vestluskaaslane, on nüüd raske ennustada, kui edukas on Jaapani mereväe eksperiment. Kornevi sõnul kasutatakse suure tõenäosusega VNEU võimete suurendamiseks pikka aega uusimaid akuproove.

"Strateegiline ja mitmeotstarbeline"

Venemaa anaeroobset rajatist arendatakse Kalina tuumaallveelaevade projekti raames. 16. oktoobril teatas Aleksey Rakhmanov, et USC on valmis laskma maha viienda põlvkonna allveelaeva kohe, kui on saanud kaitseministeeriumilt vastava korralduse.

Varem rõhutas tippjuht, et Kalina "saab füüsiliste väljade poolest täiesti erineva paadi". Tema sõnul on see "strateegiline ja mitmeotstarbeline mitmes põhielemendis". Eeldatakse, et viienda põlvkonna allveelaeva löögirelvade aluseks saab olla hüperhelikiirusega raketisüsteem Zircon.

Praegu on mereväe moodsaim mitte-tuumaallveelaev Rubini keskse disainibüroo arendus. Praeguseks on Peterburi allveelaev proovitööga, samas kui Kronstadti ja Velikie Luki plaanitakse laevastikule üle anda vastavalt 2019. ja 2021. aastal. Veel kahe allveelaeva ehitamine kuulub riigi relvastusprogrammi (GPV) aastani 2027. Kuues järjest peaks "Lada" saama VNEU.

Sõjaväeteaduste doktori 1. järgu reservkapten Konstantin Sivkov soovitas intervjuus RT-le, et Kalinat arendatakse Lada baasil, mis kuulub tuumaallveelaevade neljandasse põlvkonda. Tema sõnul on VNEU täna "tegelikult loodud" ja seetõttu on tööstus valmis uusimate allveelaevade tootmiseks.

„Teave selle projekti kohta on salastatud. Kuid meie disainerid võtavad kindlasti parimat eelmiste põlvkondade allveelaevadelt, peamiselt "Ladalt". See saab olema vähese müraga paat, vaenlasele peaaegu nähtamatu. Kalina ilmumine mereväkke võimaldab täielikult realiseerida allveelaevalaevastiku mittetuumaosa lahingupotentsiaali, "on Sivkov kindel.

• Allveelaevade projekt 677
• function.mil.ru

Dmitri Kornev ütles, et suure tõenäosusega on "Kalina" eelkäijatest üsna erinev. Lisaks anaeroobsele seadmele paigaldatakse allveelaevale täiustatud patareid ja elektroonikaseadmed. Mõõtmete ja mitmete muude omaduste poolest ületab allveelaev märgatavalt Ladat.

“Meie riigis on traditsiooniliselt ehitatud kaherealisi allveelaevu: lisaks tugevale sisemisele kerele on neil ka kerge vett läbilaskev. See disain suurendab kahjustuste korral ellujäämist, kuid vähendab ujuvust ja madalat müra. Suure tõenäosusega saab Lada ühekereline ja see on vaieldamatu samm edasi, "ütles Kornev.

Ekspert usub, et anaeroobne paigaldus võimaldab viimastel Venemaa allveelaevadel tõhusamalt ülesandeid täita nii madalal sügavusel (Mustal, Läänemere, Vahemerel) kui ka Maailmameres. Kornevi sõnul lähenevad nad oma võitlusvõimaluste poolest kallimatele ja võimsamatele aatomimudelitele.

"Muidugi pole Kalina tõenäoliselt USA rannikul patrullimas. Kuid VNEU-ga allveelaevad võivad hästi jälgida vaenlase tuumaallveelaevastiku liikumist, pakkuda meie strateegilistele ristlejatele juurdepääsu ookeanile ja sooritada mitmesuguseid muid lahinguülesandeid, sealhulgas suurte pinnavägede ja maismaasihtmärkide lüüasaamist, ”võttis Kornev kokku. .

suurim diiselelektrijaam Hyundai Heavy Industries'i mahutavusega 108 900 liitrit. alates.

LAEVAD

Ajalugu mootorlaev on kuus aastakümmet vana, kuid sisepõlemismootoriga laevad on juba kindlalt juhtpositsioonil. Selle põhjuseks on eelkõige kõrge efektiivsus ja võimalus ehitada erineva võimsusega mootoreid 100–30 000 hj. alates.

Laeva kodumaa on Venemaa. Aastal 1896 patenteeris Saksa insener Rudolf Diesel oma sisepõlemismootori ja 1904. aastal paigaldati Vene laevaehitusteadlase K. P. Boklevsky ettepanekul laevale diislikütuse sisepõlemismootor " Vandaal», Ehitatud 1903. aastal. Esiteks mootorlaev « Vandaal”Oli samal ajal diisel-elektrilaev. Alates esimesest laevade diislist kasutati tagurdamise raskuste kõrvaldamiseks elektriülekannet Elektrijaamad oli pöörlemisega ühes suunas ja neid ei olnud võimalik edasi-tagasi ümber lülitada. 1907. aastal leiutas Vene insener R.A. Koreyvo pneumaatilise siduri, mis hõlbustas mootori tagurdamist. Seejärel sai sidestamine kogu maailmas laialt levinud. Diisel Elektrijaamad asus kohe juhtivatele kohtadele laevaehituses. Juba 1914. aastal ulatus nende maht 2500 liitrini. alates.

60-ndatel aastatel, samaaegselt muutuva sammuga sõukruvide tulekuga, hakati peamootorina kasutama pöördumatuid diiselelektrijaamu, esialgu väikestel laevadel, traaleritel ja puksiiridel ning seejärel suurtel kaubalaevadel. Tänu sellele täiustati ja lihtsustati mootorite disaini.

DIISELJÕUJÕUD VÕI PÕLEMOOTORID

Diislikütusel töötav elektrijaam koosneb ühest või mitmest peamootorist, samuti neid teenindavatest mehhanismidest. Sõltuvalt töötsükli läbiviimisviisist jagunevad sisepõlemismootorid nelja- ja kahetaktilisteks. Täiendav võimsuse kasv saavutatakse võimendusega. Sisepõlemismootorite (ICE) jagamisel on veel üks põhimõte - vastavalt kiirusele. Madala kiirusega diiselmootorid, mille pöörlemissagedus on 100–150 p / min, juhivad otse laeva jõuseadet. Keskmise kiirusega sisepõlemismootoreid nimetatakse pöörlemissageduseks 300-600 p / min. Nad ajavad laeva käigukasti kaudu.

Lisaks peamasinale on ette nähtud veel kaks abimootorit, mis töötavad generaatorite pöörlemisel. Pea- ja abimootoreid hooldavad abimasinad ja -süsteemid, samuti torustik ja klapisüsteem. Kütusesüsteem on ette nähtud kütuse tarnimiseks paakidest mootorisse. Samal ajal viskoossuse vähendamiseks kütust kuumutatakse ja puhastatakse separaatorites ja filtrites mitmesugustest lisanditest. Määrimissüsteemi kasutatakse määrdeõli pumpamiseks läbi mootori, et vähendada hõõrduvate pindade hõõrdumist, samuti eemaldada osa mootorist saadud soojusest ja õli puhastada. Jahutussüsteem on ette nähtud mootori soojuse eemaldamiseks, mis tungib peamiselt silindriseintest läbi ja tekib kütuse põlemisel, samuti ringleva määrdeõli jahutamiseks. See süsteem koosneb värske ja merevee, vee ja õli jahutite pumpadest.

diiselelektrijaam

Neljataktilise sisepõlemismootori tööpõhimõte on näidatud joonisel 5. Neljataktilise mootori korral viiakse töötsükkel läbi väntvõlli kahes pöördes, see tähendab kolvi nelja käiguga. Mehaanilisi töid tehakse ainult ühe tsükli jooksul, ülejäänud kolme kasutatakse ettevalmistamiseks. Esimesel käigul liigub kolb väntvõlli suunas. Saadud vaakumi mõjul tungib õhk läbi avatud imeklapi silindrisse. Diislikütuses elektrijaam ilma ülelaadimiseta on sisselaskeõhu rõhk võrdne atmosfääriga, ülelaadimisega diiseljaamas juhitakse silindrisse eelnevalt suruõhku. Teise käigu ajal surutakse suletud imemisventiilide korral eelnevalt kolvi ees olev õhk kokku, suurendades seeläbi temperatuuri ja rõhku. Kütuse täitepump, mille ajam on kooskõlastatud vastava kolvi liikumisega, suurendab kütuse rõhku. Nõutava rõhu saavutamisel süstitakse kütus silindrisse läbi pihusti.

Kütus süstitakse vahetult enne kolvi ülemisse asendisse jõudmist. Suruõhus olev ja hoolikalt pihustatud kütus kuumeneb, aurustub ja moodustab koos õhuga kuuma isesüttiva segu. Kolmas tsükkel töötab. Põlemisprotsessi käigus moodustuvad kuumad gaasid, mis põhjustavad kolvi kohal rõhu tõusu. Gaaside rõhust tuleneva jõu surve all liigub kolb allapoole, gaasid paisuvad ja tekitavad samal ajal mehaanilist tööd. Neljanda käigu ajal avaneb väljalaskeklapp ja heitgaasid väljuvad. Neljataktiline laevade diiselrajatised toodetud mitmesilindriliste mootoritena. Need on konstrueeritud nii, et töötõmbed jaotuvad ühtlaste silindrite vahel ühtlaselt.

Diiselmootori laadimise all mõistetakse silindritesse rohkem õhku, mis on vajalik kogu silindri täitmiseks sisselaskeava ajal. Tõstmise eesmärk on aidata ühe tsükli jooksul kõige rohkem kütust põletada. See tähendab mootori võimsuse suurendamist selle suurust ja kiirust suurendamata. Seda saab survestada, surudes silindri ees olevat õhku eelnevalt kokku. Kõik toodetud neljataktilised laevade diiselmootorid Elektrijaamadõhk surutakse eelnevalt kokku tsentrifugaalkompressori abil, mida juhib diislikütuse heitgaasidel töötav gaasiturbiin.

Neljataktilisi diiselmootoreid kasutatakse laevadel kas diiselgeneraatorikomplektide osana või mitme võlli peamootorina Elektrijaamad(üks sisepõlemismootor ühe sõukruvi jaoks) ja vastavalt mitme mootoriga ühe sõukruvi jaoks. Keskmise kiirusega diiselelektrijaamade kasutamisel peamootorina on järgmised eelised:

Suurenenud töökindlus (kui üks mootor ebaõnnestub, jätkavad ülejäänud tööd);
- osade (ventiilid, kolvid, väntmehhanismid, laagrid jne) mõõtmete ja oma kaalu vähendamine;
- erikaalu vähenemine, mis olenevalt võimsusest jääb vahemikku 14–35 kg / kW (võimsuse korral umbes 2200 kW).
Kaasaegsed diislikütusel töötavad elektrijaamad on ülitõhusad ja töökindlad, need ei vaja kuni 50 000 tunni pikkust suurt remonti.

ELEKTRIDIISEL

Esimene diisel-elektrilaev oli, nagu eespool mainitud, Vene mootorlaev " Vandaal”, Kuid diiselelektrilisi laevu ei kasutata laialdaselt. Energia kahekordse muundamise (mehaaniline elektriliseks ja seejärel jälle elektriline mehaaniliseks) kahjud on üsna suured ja moodustavad 15 protsenti. Kuid samal ajal on mõne jaoks elektrimootor ainus vastuvõetav. Need on laevad, mille käitussüsteemi koormustingimused muutuvad sageli, laevad, mis vajavad suuremat manööverdamisomadust ja töötavad pikka aega vähendatud võimsusel. Sellised laevad on jäälõhkujad, vaalapüügilaevad ja mõned teised.

GAASITURBOPIDUD

Spetsiifilised tunnused gaasiturbiin- väike kaal ja väikesed mõõtmed, hoolduse lihtsus ja probleemideta töö. Gaasiturbiinüksused koosnevad gaasigeneraatorist ja turbiinist.

Vene ohvitser Nazarov oli esimene, kes soovitas laevadel kasutada gaasiturbiine. 1892. aastal lõi Kuzminsky gaasiturbiini üksuse. NSV Liidus ehitati 1961. aastal gaasiturbiin « Paabulind Vinogradov". Selle elektrijaam koosnes neljast vabakolbilisest gaasigeneraatorist, mis toodavad 3800 hj turbiini jaoks töögaasi. koos., laeva veeväljasurve oli 9080 tonni, raja kiirus - 15,6 sõlme.

Kaasaegsetes gaasiturbiinides on maksimaalne efektiivsus umbes 29 protsenti.

Gaasiturbiinide jõujaamade tööpõhimõte

Näib, et tänaseks on võit jäänud diislitele. Igal juhul moodustab üle 50% kogu maailma tonnaažist mootorlaevad. Kuid nüüd kasvab vette lastavate hiiglaslike laevade arv kiires tempos jne. Nende hiiglaslike laevade jaoks antud kiiruse andmiseks on vaja jõudu, mida sisepõlemismootoritega alati saavutada ei saa.

Kolviga aurumasina jaoks leiti samaväärne diislikütuse paigaldus, milles põletamine toimub otse töösilindris ja mille jaoks pole spetsiaalset aurukatelt enam vaja. Turbiinispetsialistid on suutnud leida ka auruturbiini ekvivalendi, mis võiks ilma eraldi aurukatlata edukalt toimida. Selline mootor - gaasiturbiin - ühendab diiselelektrijaama ja auruturbiini eelised: see ei vaja aurukatlaid ning turbiinina ei sisalda see vastastikku liikuvaid elemente (kolvid, vardad jne).

Lihtsamal kujul on gaasiturbiin omamoodi "sisepõlemisturbiin", mille kompressori abil imetakse atmosfääri õhku, surutakse mitme atmosfäärirõhu abil kokku ja suunatakse põlemiskambrisse, kus kasutatakse diisliõli, "mereväe" "põletatakse kütteõli või muud tüüpi odavat kütust. Põlemisel tekkinud gaasid, mida kuumutatakse temperatuurini 600–800 ° C, pöörlevad turbiini kettaid. Kasutatud kütuse põlemisproduktid viiakse kas atmosfääri või kasutatakse põlemiskambrisse siseneva õhu soojendamiseks.

Gaasiturbiin on üks kõige lootustandvamaid suure võimsuse ja väikese kaaluga elektrijaamu. Selle nagu auruturbiini puuduseks on selle tagurdamine praktiliselt võimatu, mille tagajärjel tuleb laevale varustada eraldi tagurpidi turbiin. Kuid laeva vööris asuvate reguleeritavate sammudega ja abirootorite ilmumisega on tagasikäigu ja manöövrite probleem muutunud märgatavalt lihtsamaks, kuna propelleri labade teatud asendis võib ettepoole suunatud turbiin anda tagurpidi liikumise laev. Gaasiturbiini tõsisem puudus on madal efektiivsus, suurusjärgus 30 protsenti, ja suhteliselt kõrge kütusekulu. Kuid siiski on igati põhjust oletada, et see on ökonoomsem gaasiturbiinüksused nad leiavad võimalikult laia levitamise.

Gaasiturbiini ülelaaduri tööpõhimõte on näidatud joonisel 6. Gaasiturbiini elektrijaama tööpõhimõte on toodud joonisel 7.

gaasiturbiini ülelaaduri tööpõhimõte

gaasiturbiini tööpõhimõte

Gaasiturbiinmootorid on paigaldatud peamiselt mereväe laevadele. Kaubalaevadel pole need end ära tasunud - tänapäeval kasutatakse gaasiturbiine vaid vähestel laevadel. Vähenenud huvi seda tüüpi mootorite vastu on madal efektiivsus, pigem suur kütusekulu ja kõrged töötemperatuurid, mis nõuavad ülitugevate ja kallite materjalide kasutamist. Gaasiturbiinmootori eelised hõlmavad väikseid mõõtmeid võrreldes saavutatava võimsuse ja väikese tühimassiga. Gaasiturbiine saab kasutada ka pea- ja abimootoritena või.

turbiini rootor

ATOMOCHARDS

Kaasaegse teaduse edu aatomienergia kasutamisel on võimaldanud mereväes kasutada uut tüüpi kütust - tuumaenergiat. 1956. aastal lasti NSV Liidus vette esimene tuumal töötav laev "Lenin". Jäämurdja valik sellele tuumareaktori paigaldamiseks ei olnud juhuslik. seda tüüpi võib kütust võtta mitte rohkem kui 40-päevase purjetamise jaoks, tuumakütus võimaldab tuumal töötaval laeval töötada Arktika jääl, ilma et kütusevaru oleks rohkem kui aasta kestnud.

Kuid esimene ja võib-olla ainus tuumalaevaga kaubalaev elektrijaam kaubareisilaevadeks " Savannah"Ehitatud 1964. aastal" Otto Hahn"- 1968," Mutsu Jaapan"- 1970 ja - 1988.

tuumal töötav laev "Savannah"

« Savannah"- lasti-reisija tuumal töötav laev, ehitatud laevatehases " New Yorgi laevaehitus», USA. Laeva maksumus oli 46,9 miljonit dollarit, millest 28,3 miljonit oli reaktori maksumus. Ehitust rahastas USA valitsus tuumaenergia võimete demonstreerimise projektina. Laev lasti vette 21. juulil 1959 ja teenis aastatel 1962–1972.

Kaubareisilaeva "Savannah" tehnilised omadused:
Pikkus - 181,6 m;
Laius - 23,7 m;
Veeväljasurve - 13599 tonni;
Elektrijaam - 1 tuumareaktor;
Võimsus - 20 300 hj;
Kiirus - 24 sõlme;

Meeskond 124 inimest;
Reisijate arv - 60 inimest;
Kaubamaht - 8500 tonni;

tuumal töötav laev Otto Hahn

Saksamaal hakati projekteerima kaupmeest ja uurimislaeva, et selgitada aatomienergia tsiviillaevastikus kasutamise otstarbekust. Laev « Otto Hahn"Asutati 1963. aastal ettevõtte poolt" Howaldtswerke-Deutsche Werft»Kieli linnas. Käivitamine toimus 1964. aastal. Laev sai nime Saksa silmapaistva radiokeemiku, Nobeli preemia laureaadi Otto Hahni järgi, kes avastas tuumaisomeeria ja uraani lõhustumise. 1968. aastal käivitati laeva tuumareaktor ja alustati merekatsetusi. Sama aasta oktoobris " Otto Hahn"On sertifitseeritud kui.

Kaubareisilaevade "Otto Hahn" tehnilised omadused:
Pikkus - 172,0 m;
Laius - 23,4 m;
Veeväljasurve - 25 790 tonni;
Elektrijaam - 1 tuumareaktor võimsusega 38 MW;
Kiirus - 29 sõlme;
Navigatsiooni autonoomia - 300 000 miili;
Meeskond - 63 inimest;
Reisijate arv - 35 inimest;
Kaubamaht - 14040 tonni;

Vaieldamatud eelised hõlmavad väga väikest kütusekulu ja praktiliselt piiramatut sõiduulatust. Näiteks laev Otto Hahn»Kolme aasta jooksul ei tarbitud isegi 20 kg uraani, samas kui tavalise auruturbiini elektrijaama kütusekulu oli selle suurusega laeval 40 000 tonni. Hoolimata nendest eelistest, aatomi Elektrijaamad kasutatakse laialdaselt ainult sõjalaevadel. Eriti soodne on kasutada neid suurtel allveelaevadel, mis võivad olla pikka aega vee all, kuna reaktoris pole soojusenergia saamiseks vaja õhku.

TUUMAELektrijaamade tööpõhimõte

TO elektrijaam tuumajõul töötavate laevade hulka kuuluvad reaktor, aurugeneraator ja turbiinijaam, mis juhib laeva tõukejõusüsteemi. Reaktor on seade tuumahelareaktsioonide tootmiseks, mille käigus tekib energia, mis muundatakse edasi mehaaniliseks energiaks. Tuumareaktori tööpõhimõte on näidatud joonisel 8.

tuumareaktori tööpõhimõte

On teada, et 1 kg uraani kasutamisel eralduv energia on ligikaudu võrdne 1500 tonni kütteõli põlemisel saadud energiaga. Tuumarajatise süda on reaktor: selles viiakse läbi kontrollitud tuumareaktsioon, mille tulemusena tekib soojus, mis eemaldatakse jahutusvedeliku - vee abil. Radioaktiivne jahutusvedelik pumbatakse aurugeneraatorisse, kus selle kuumuse tõttu tekib auru mitte-radioaktiivsest veest. Aur suunatakse turbiiniketastele, mis juhivad propellermootoritega töötavaid turbiinigeneraatoreid, ja viimased pöörlevad propellereid. Heitgaas suunatakse kondensaatorisse, kus see muundatakse uuesti veeks ja süstitakse aurugeneraatorisse. Tuumaelektrijaama tööpõhimõte on toodud joonisel 9.

survereaktoriga tuumaelektrijaama skeem

Tuumarajatise kasutamise ohutusele pööratakse palju tähelepanu, kuna laeval viibivad inimesed on teatud määral radioaktiivse kiirguse ohus, seetõttu on tuumareaktor keskkonnast eraldatud kaitsva ekraaniga, mis ei lasta ohtlikel radioaktiivsetel kiirtel läbida. Tavaliselt kasutatakse topeltekraane. Reaktorit ümbritseb primaarkate, mis on valmistatud polüetüleeniga vooderdatud pliiplaatidest ja betoonist. Sekundaarne ekraan ümbritseb aurugeneraatorit ja ümbritseb kogu primaarset kõrgsurveahelat. See ekraan on valmistatud peamiselt betoonist paksusega 500 mm kuni 1095 mm, samuti pliiplaatidest paksusega 200 väikest ja polüetüleenist paksusega 100 mm. Mõlemad ekraanid nõuavad palju ruumi ja on väga rasked. Selliste ekraanide olemasolu on tuumaelektrijaamade suur puudus. Tuumaelektrijaama asukoht laeval on näidatud joonisel 10. Teine, veelgi olulisem puudus on kõigist kaitsemeetmetest hoolimata keskkonna saastumise oht nii elektrijaama tavapärase töö käigus kasutatud kütuse raiskamise tõttu. , pilsivee eraldamine reaktorisektsioonist jne jne ning laeva juhuslike õnnetuste ja aatomi ajal elektrijaam.

laeva tuumajaam

Alternatiivsed elektrijaamad

Sterlingi mootori tööpõhimõte

Juba enne Teist maailmasõda püüdsid laevaehitajad luua omamoodi alternatiivi allveelaevade diiselelektrijaamale - nn ühe mootoriga pinna- ja veealuseks läbisõiduks. Erinevatel põhjustel ei lahkunud toona kõik need katsed eksperimentide etapilt, kuid juba 1960. aastatel naasid nad nende juurde uuesti. Selle põhjuseks oli mitu põhjust korraga. Esiteks on Läänemeri kuulutatud tuumavabaks tsooniks, mis tähendab, et Balti riikidel pole tuumaelektrijaamadega laevu. Teiseks, poliitilistel põhjustel ei saa sellised teenused olla Saksamaa ja Jaapaniga. Kolmandaks on tuumaallveelaevade ehitamine ja hooldamine paljudele riikidele liiga kulukas. Kõige produktiivsem töö ühe tuumamootori loomisel töötas Rootsis, Hollandis, Suurbritannias ja Saksamaal.

Kuid samal ajal on teatud tüüpi laevade jaoks elektrimootor ainus vastuvõetav. Need on laevad, mille käitussüsteemi koormustingimused muutuvad sageli, laevad, mis vajavad suuremat manööverdamisomadust ja töötavad pikka aega vähendatud võimsusel. Sellisteks laevadeks on jäämurdjad, puksiirid, parvlaevad, vaalapüügilaevad, süvendajad ja mõned teised.

Sterlingi mootor on välise soojusvarustusega soojuskolbmootor, mille suletud mahus ringleb pidev töösoojus (gaas), mida soojendatakse välisest soojusallikast ja mis teeb selle paisumise tõttu kasulikku tööd. Sterlingi mootori tööpõhimõte on näidatud joonisel 11.

Erinevalt sisepõlemismootorist on Sterlingi mootoril silindris kaks õõnsust, mille maht on erinev - soe ja külm. Töövedelik surutakse külmas õõnsuses kokku ja siseneb kuuma, seejärel liigub gaas pärast kuumutamist vastupidises suunas ja siseneb külma õõnsusse, kus laienedes annab see kasulikku tööd. Sellise kahesuunalise gaasiliikumise tagab kahe kolbi olemasolu igas silindris: kolb, mis reguleerib gaasi voolu, ja töökolb, mis teeb kasulikku tööd. Kuuma õõnsuse ja silindri ülemise osa mahtu reguleerib nihutuskolb ning kahe kolvi vahel asuva külma õõnsuse mahtu kontrollib nende liigendamine. Mõlemad kolvid on mehaaniliselt ühendatud ja teostavad kooskõlastatud liikumist, mille tagab spetsiaalne mehhanism, mis asendab samaaegselt väntmehhanismi.

Kui mootor töötab, on mootori töötsükli määramiseks neli peamist kolvi järjestikust asendit:
a) - töötav kolb on äärmises alumises asendis, nihutuskolb - ülemises ülemises asendis. Pealegi asub suurem osa gaasist nende vahel külmas ruumis (jahutades);
b) - kolb on ülemises asendis ja töötav kolb liigub ülespoole, surudes kokku külma gaasi (kokkusurumine);
c) - kolb liigub allapoole, lähenedes töötavale kolvile ja surudes gaasi kuuma õõnsusse (kuumutamine);
d) - kuum gaas paisub, tehes kasulikku tööd, töötades töötavale kolvile (paisumine). Gaasi teele on paigaldatud regeneraator, mis eemaldab osa kuumusest, kui kuum gaas selle kaudu liigub, ja annab selle liikumise ajal pärast jahutamist ja kokkusurumist vastassuunas.

Regeneraatori olemasolu võimaldab teoreetiliselt suurendada efektiivsust Kõrge mootor kuni 70 protsenti. Mootori võimsuse reguleerimine saavutatakse gaasikoguse muutmisega. Töösoojuseks kasutatakse kõrgete termotehniliste omadustega gaase (vesinik, heelium, õhk jne).

Stirlingi mootoritel on järgmised unikaalsed omadused:
- võimalus kasutada mis tahes soojusallikat (vedel, tahke, gaasiline ja tuumkütus, päikeseenergia jne);
- töötage laias temperatuurivahemikus, suru ja paisumise madala rõhulangusega;
- võimsuse reguleerimine, muutes töösoojuse hulka tsüklis pidevalt kõrgel ja madalal gaasitemperatuuril;

Need funktsioonid pakuvad Kõrge mootor järgmised eelised teiste käitiste ees, näiteks mitmekütuseline ja kütuse põlemisproduktide vähene toksilisus; madal müratase ja hea tasakaalukus; kõrge efektiivsus madala energiatarbega režiimides. Tänu nendele eelistele pöörasid Rootsi allveelaevad mootoritele tähelepanu, olles idee tegelikkuses kehastanud tänapäevase allveelaeva " Gotland". Kuid kui oma efektiivsuses vastavad Stirlingi mootorid kaasaegsetele diiselmootoritele, siis jäävad nad võimsuse poolest neile alla. Seetõttu saab neid allveelaevadel kasutada ainult lisamootoritena klassikalisele diisel-elektrilisele tõukejõusüsteemile.

ANAEROBILINE ELEKTRIAJAAM

Kuid kõige paljutõotavam oli suund, mis oli seotud keemilise energia muundamisega otse elektrienergiaks, ilma põlemisprotsessi või mehaanilise liikumiseta, teisisõnu elektrienergia müra tekitamiseta. Me räägime elektrokeemilistest generaatoritest. Praktikas on see meetod leidnud rakendust tänapäeva saksa keeles. Anaeroobse elektrijaama paigutus on näidatud joonisel 12.

anaeroobne elektrijaam allveelaeva U-212 poolt

Elektromehaaniline generaator põhineb kütuseelementidel. Põhimõtteliselt on see pideva laadimisega laetav aku. Selle töö füüsika põhineb vee elektrolüüsi pöördprotsessil, kui vesiniku ja hapniku ühendamisel vabaneb elekter. Sel juhul toimub energia muundamine vaikselt ja reaktsiooni ainus kõrvalsaadus on destilleeritud vesi, mida on allveelaeval üsna lihtne leida.

Tõhususe ja ohutuse kriteeriumide kohaselt ladustatakse vesinik seotud olekus metallhüdriidi kujul (metalli sulam koos vesinikuga) ning hapnik veeldatud kujul spetsiaalsetes mahutites kerge ja vastupidava vahel. allveelaeva kered. Vesiniku ja hapniku katoodide vahel on prootonivahetuspolümeeri elektrolüüdimembraanid, mis toimivad elektrolüüdina.

Ühe elemendi võimsus ulatub 34 kW-ni ja elektrijaama kasutegur on kuni 70 protsenti. Vaatamata väljatöötatud kütuseelementidele paigaldamise ilmsetele eelistele ei paku see ookeaniklassi allveelaeva nõutavaid operatiivseid ja taktikalisi omadusi, eelkõige eesmärgi saavutamisel kiirete manöövrite sooritamise või vaenlase torpeedo rünnakust kõrvalehoidmise osas. Seetõttu on Project 212 allveelaevad varustatud kombineeritud tõukejõusüsteemiga, milles suurel kiirusel vee all liikumiseks kasutatakse patareisid või kütuseelemente, ning traditsioonilise diiselgeneraatoriga, mis sisaldab 16-silindrilist V-kujulist diiselmootorit ja sünkroongeneraatorit. Diiselmootoreid kasutatakse ka akude laadimiseks, mis on tuumaallveelaevade traditsiooniline element. Üheksast kütuseelemendi moodulist koosneva elektrokeemilise generaatori koguvõimsus on 400 hj. alates. ning tagab allveelaeva liikumise sukeldunud asendis kiirusega 3 sõlme 20 päeva jooksul, kusjuures müratase on madalam kui loodusliku meremüra tase.

Kombineeritud jõujaamad

Viimasel ajal on kombineeritud elektrijaamad populaarseks saanud. Esialgu tekitasid kombineeritud elektrijaamad soovi pakkuda sõjalaevu samaaegselt suure lahingukiirusega ja pika reisilennuga operatsiooniks maailmamere äärealadel. Eelkõige ilmus Teise maailmasõja Saksa ristlejatele kombinatsioon katla-turbiini ja diiselelektrijaamadest. 1960. aastatel ilmusid laevadele gaasiturbiinid, mida oma tõhususe ja tööomaduste tõttu sai kasutada vaid lühikest aega ja suurel kiirusel. Selle puuduse kompenseerimiseks hakati neid kombineerima katla ja turbiini (COSAG) või diislikütuse (CODAG) elektrijaamaga. Mõnevõrra hiljem ilmusid niinimetatud jätkusuutlikud gaasiturbiinid, mis vajasid järelpõletusturbine (COGAG). Ainult kogu režiimi gaasiturbiinide tulek võimaldas üleminekut homogeensele gaasiturbiinide elektrijaamale.

elektrijaamade võimalikud kombinatsioonid

Fregattil leidub isegi ainulaadseid CODEAG-i elektrijaamade kombinatsioone (diisel-gaasiturbiin koos täieliku elektrilise jõuga) " Hertsog»Suurbritannia kuninglik merevägi. Selle loomisel lähtusid disainerid vajadusest tagada pukseeritava hüdroakustilise süsteemi antenni kasutamisel ülimadal müratase madalatel kiirustel, samuti kiire üleminek madalalt kiiruselt suurele. Installatsioon sisaldab kahte gaasiturbiini kogumahuga 31 000 liitrit. koos., kahe sõukruvi alalisvoolumootoriga, mahutavusega 2000 liitrit. koos., ehitatud sõukruvi võllide rida ja töötab nelja diiselgeneraatoriga kogumahuga 8100 liitrit. alates. Selline peajaam töötab neljas režiimis: madal kiirus minimaalse müratasemega, kui peamised käigukastid on välja lülitatud; suur kiirus gaasiturbiinide töötamise ajal propelleritel läbi käigukastide koos propellerimootoritega; vahepealne kiirus ühe propelleri jaoks ühe gaasiturbiini ja teise propelleri jaoks ühe propellerimootori käitamisel, kui reduktor on lahti ühendatud; manööverdamine ainult diiselmootorite kasutamisel. Propellerid käivad tagurpidi ainult propellermootoritelt.

kombineeritud elektrijaamade peamised nimed:

COSAG - kombineeritud auru- ja gaasiturbiinid (auru- ja gaasiturbiinid). Installatsioonid töötavad koos.
CODAG - kombineeritud Diseli ja gaasiturbiinid (diisel- ja gaasiturbiinid). Installatsioonid töötavad koos.
KOER - kombineeritud Diseli või gaasi turbiinid (diisel- või gaasiturbiinid). Üksused töötavad eraldi. Suurel kiirusel lülitatakse diislikütuse osa välja.
KOGU - kombineeritud gaasiturbiinid ja gaasiturbiinid (gaasiturbiinid ja gaasiturbiinid). Põhi- ja järelpõletusturbiinid töötavad koos täiskiirusel.
COGOG - kombineeritud gaasiturbiinid või gaasiturbiinid (gaasiturbiinid või gaasiturbiinid). Kruiisiturbiin töötab täiskiirusel ja ainult järelpõleti töötab täiskiirusel.

Need on elektrijaamade tüübid, mis eksisteerivad nii mineviku kui ka tänapäeva laevadel. Mõned neist elavad oma viimaseid aastaid, mõned on piiranud levitamise ulatust peamiselt lõbusõidulaevade ja spordilaevadega, mõned on jõudnud oma küpsuseni, mõned pole veel lapsepõlvest välja tulnud, kuid nad kõik täidavad sama funktsiooni - võimaldavad laev liikumiseks, ületades veetakistusi.

Afrikaani albaania araabia armeenia aserbaidžaani baski valgevene bulgaaria katalaani hiina (lihtsustatud) hiina (traditsiooniline) horvaadi tšehhi taani tuvastada keel hollandi inglise eesti filipino soome prantsuse galicia gruusia saksa kreeka haiti kreoli heebrea hindi ungari islandi indoneesia iiri itaalia jaapani korea ladina läti leedu makedoonia malai malai malta norra Pärsia poola portugali rumeenia vene serbia slovaki sloveeni hispaania suahiili rootsi tai türgi ukraina urdu vietnami kõmri jidiši ⇄ afrikaani albaania araabia armeenia aserbaidžaani baski valgevene bulgaaria katalaani hiina (lihtsustatud) hiina (lihtsustatud) horvaadi tšehhi taani hollandi inglise eesti filipino Soome prantsuse galeegi gruusia saksa kreeka haiti Kreooli heebrea hindi ungari islandi indoneesia iiri itaalia jaapani korea ladina läti leedu makedoonia malai malta norra pärsia poola portugali rumeenia vene serbia slovaki sloveeni hispaania suahiili sv edish Tai Türgi Ukraina Urdu Vietnami kõmri jidiš

Inglise keel (automaatselt tuvastatud) »vene keel