Этапы разработок электрохимических генераторов для ПЛ в СССР и России

Наука и техникаHi-Tech

Подводные лодки с воздухонезависимыми силовыми установками в российском и советском флоте

Часть 3. Подводные лодки с электрохимическими генераторами

Митрофанов Александр

ПЛ Б-871 «Алроса» пр.877В KILO. Фото: Виталий Костриченко

Предыдущие части 1 (подводные лодки с двигателями внутреннего сгорания замкнутого цикла) и 2 (подводные лодки с парогазовыми турбинами (ПГТУ)) читайте в выпусках журнала «Наука и техника» № 5, 2024 и № 6, 2024 соответственно.

Следующим этапом в развитии силовых установок подводных лодок стало применение электрохимических генераторов (ЭХГ). ЭХГ состоит из батареи топливных элементов, в которых происходит прямое преобразование химической энергии, выделяющейся при реакции кислорода и водорода, в электрическую. При этом достигается высокий коэффициент полезного действия (70–80%). Принцип действия топливного элемента виден из прилагаемого рисунка.

Принцип действия топливного элемента. Источник: ЦКБ «Рубин»

Работы над ЭХГ для подводных лодок начались в СССР еще в 60-х годах ХХ века. В начале 70-х годов Центральное конструкторское бюро (ЦКБ) «Лазурит» (г. Горький) выполнило проработки проекта 947 подводной лодки с воздухонезависимой (анаэробной) силовой установкой, в частности, с применением электрохимического генератора водородно-кислородного типа.

В связи с этим 11 апреля 1974 года правительственная комиссия по военно-промышленным вопросам приняла постановление о проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию такой установки. Ее разработчиками стали научно-производственное объединение (НПО) «Квант» и НПО «Криогенмаш».

Для испытаний ЭХГ, изучения условий ее надежной работы, в первую очередь пожаровзрывобезопасности, предусматривалось создание наземных и плавучих стендов в Горьком (судостроительный завод «Красное Сормово»), Балашихе, Видном и Приозерске.

Для морских испытаний опытной установки на заводе «Красное Сормово» в 1978–1987 годах была переоборудована построенная в 1955 году подводная лодка С-273 проекта 613 («Whiskey» по классификации НАТО). Опытная подводная лодка получила обозначение – проект 613Э «Катран». Свое первое погружение она осуществила летом 1987 года. Одновременно на военно-морской базе в Палдиски (Эстония) создавался береговой комплекс для обеспечения испытаний и обслуживания, в первую очередь заправки жидкими кислородом и водородом, ПЛ 613Э.

ПЛ С-273 проекта 613Э “Катран” во время ходовых испытаний. Из архива автора

Опытный электрохимический генератор «ЭХГ–280» имел мощность 280 кВт. Топливные элементы представляли собой керамические пористые пластины с вкраплением благородных металлов, помещенные в электролит – раствор щелочи калия. В поры одного электрода подавался водород, в поры другого – кислород. В результате реакции, кроме электрического тока, образовывались тепло и вода. Для охлаждения электродов к ним подводились дистиллированная вода, а полученная в ходе химического процесса вода собиралась в цистернах отработанной воды.

С-273 в Ленинграде в ожидании разделки на металл. Хорошо видны цистерны для жидких кислорода и водорода. Фото: Н.Г. Масловатый

Реагенты для работы ЭХГ–280 (4 т водорода и 32 т кислорода) хранились в сжиженном состоянии в четырех, размещенных в надстройке, криогенных цистернах: водород при –252 ºС, а кислород при –165 ºС. Погрузка этих реагентов занимала более 160 часов. Для обеспечения пожаровзрывобезопасности ЭХГ была смонтирована специальная азотно-фреоновая система.

Расширенные межведомственные испытания силовой установки с ЭХГ, смонтированной на подводной лодке 613Э, проводились специальной комиссией, созданной совместным решением Военно-морского флота и Министерства судостроительной промышленности, в течение 6 месяцев начиная с 26 октября 1988 года. Морские испытания проводились как в условиях базы, так и в море, в надводном и подводном положении.

Генератор «ЭХГ-280» показал устойчивую работу на полных и долевых режимах нагрузки. Наибольшая скорость подводного хода составила 5,6 узла. При скорости 2,5 узла продолжительность непрерывного подводного плавания составляла около 30 суток вместо 3–4 суток у лодок проекта 613.

Созданию установок с ЭХГ в СССР придавалось большое значение. В 1978 году специальным постановлением правительства функции головного разработчика таких установок были возложены на Специальное конструкторское бюро котлостроения (СКБК). На первом этапе (1978–1986 года) СКБК разработало энергетические установки с ЭХГ для малой подводной лодки «Пиранья», глубоководного подводного аппарата “Поиск-6” и подводного средства движения «Сирена-К».

Создаваемая по заказу Министерства обороны энергетическая установка для «Пираньи» (шифр «Кристалл–20») имела мощность 130 кВт и представляла собой первое поколение российских корабельных энергоустановок с ЭХГ. В ее создании приняли участие почти 30 предприятий, были использованы разработки для космических программ, выполненные Уральским электрохимическим комбинатом (ЭХГ «Фотон») и научно-производственным объединением «Энергия» (создатель энергоустановки с ЭХГ для космического аппарата многоразового действия «Буран»).

Особое внимание было уделено различным вариантам хранения водорода и кислорода. Были рассмотрены: балонное хранение реагентов в газообразном состоянии под давлением 40 Мпа; связанное хранение водорода в составе боргидрата натрия и гидрореагирующих соединений, а кислорода – в составе перекиси водорода и перманганатов калия и натрия; криогенное хранение водорода и кислорода; связанное хранение водорода в интерметаллидных соединениях.

В 1991 году в полном объеме были завершены работы по созданию установки «Кристалл–20», и она была сдана межведомственной комиссии. Однако в связи с распадом Советского Союза и прекращением финансирования работы по созданию «Пираньи» с ЭХГ были прекращены.

С 1991 года СКБК и Уральский электрохимический комбинат вели работы по созданию энергоустановок второго поколения «Кристалл–27» и «Кристалл–27Э» с криогенным хранением кислорода, интерметаллидным хранением водорода и низкотемпературным электрохимическим генератором. Они предназначались для установки как на подводных лодках новых типов (дизель-электрические лодки четвертого поколения проектов 677 «Лада» для российского ВМФ (строятся с 1997 года «Адмиралтейскими верфями» в Санкт-Петербурге) и «Амур–1650» (проект 677Э, предназначенный на экспорт)), так и для модернизации лодок проектов 877 и 636 («Кило»).

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Автономный шестилапый робот «MICROBRO» Автономный шестилапый робот «MICROBRO»

Как создать ровер, который сам везет ваш багаж туда, куда вам нужно?

Наука и техника
Ветвистоусые летописцы водоёмов Ветвистоусые летописцы водоёмов

Кандидат биологических наук Антон Жаров — о кладоцерной палеореконструкции

Наука и жизнь
Конструктор маркет-независимости Конструктор маркет-независимости

Как селлерам помогают сервисы по созданию независимых интернет-магазинов

Монокль
Курица стала мамой для щенков, после того, как ее яйца съели Курица стала мамой для щенков, после того, как ее яйца съели

Трейси Хейл задокументировала невероятные отношения между ее собакой и курицей

ТехИнсайдер
В нескольких минутах от третьей мировой В нескольких минутах от третьей мировой

Сбои в работе СПРН случались, но всегда вовремя вмешивался человеческий фактор

Дилетант
От смартфона к суперкару: как бренды электроники создают свои автомобили От смартфона к суперкару: как бренды электроники создают свои автомобили

Все чаще появляются электромобили от именитых производителей электроники

Maxim
Пройти кастинг: на чем зарабатывают молодые актеры в России и как им помогают соцсети Пройти кастинг: на чем зарабатывают молодые актеры в России и как им помогают соцсети

Сколько могут получать актеры и какую роль в этом играют соцсети

Forbes
Поговорим начистоту Поговорим начистоту

Ритуал очищения кожи летом должен быть особым

Лиза
Киберспорт: что это такое и сколько зарабатывают киберспортсмены? Киберспорт: что это такое и сколько зарабатывают киберспортсмены?

У людей до сих пор нет четкого понимания, в чем суть киберспорта

CHIP
Новичок спасает «Спартак», фанаты освистывают «Краснодар»: итоги тура РПЛ Новичок спасает «Спартак», фанаты освистывают «Краснодар»: итоги тура РПЛ

Итоги второго тура чемпионата России по футболу

Forbes
Избегаем неприятных инцидентов: что можно, а что нельзя есть перед анальным сексом Избегаем неприятных инцидентов: что можно, а что нельзя есть перед анальным сексом

Каких правил питания стоит придерживаться перед анальным сексом?

VOICE
К границе ключ К границе ключ

Задача: спланировать поездку в другую страну и не разориться

VOICE
3 способа осадить критикана: советы читательницы комментирует психолог 3 способа осадить критикана: советы читательницы комментирует психолог

Как бороться с обидной и непрошенной критикой?

Psychologies
Почему греются тормозные диски и чем это может грозить: разбор Почему греются тормозные диски и чем это может грозить: разбор

Все про перегрев дисков: почему это происходит и как избежать

РБК
Нейросети DeepMind научились решать задачи на уровне серебряных медалистов Международной математической олимпиады Нейросети DeepMind научились решать задачи на уровне серебряных медалистов Международной математической олимпиады

Нейросети справились с четырьмя из шести задач IMO 2024 года

N+1
Дайте два. Как провести лето, чтобы отдохнуть Дайте два. Как провести лето, чтобы отдохнуть

После отдыха летом нужен еще один отдых... Как это исправить?

Новый очаг
Заповедная Калмыкия Заповедная Калмыкия

Почему крупнейший заповедник Калмыкии носит название «Черные земли»?

Лиза
С особым Шармом: как сегодня меняется отдых на знаковом египетском курорте всех времен С особым Шармом: как сегодня меняется отдых на знаковом египетском курорте всех времен

Как и почему отпуск в Египте снова вырывается в топ и авангард

Правила жизни
Железный конь: каким был первый мотоцикл Железный конь: каким был первый мотоцикл

Почему первые мотоциклы не пользовались огромной популярностью

ТехИнсайдер
Что нам зной Что нам зной

Это только кажется, что летом организму комфортнее, чем зимой

Лиза
Математика седьмой координаты для роботов* Математика седьмой координаты для роботов*

Перспективы и проблемы развития роботостроения в России

Монокль
Треугольник Карпмана в психологии: роли, примеры и пути выхода из деструктивных отношений Треугольник Карпмана в психологии: роли, примеры и пути выхода из деструктивных отношений

Как работает треугольник Карпмана в отношениях и как из него выйти?

Psychologies
«Криворукие гуманоиды», или Поговори со мной, машина! «Криворукие гуманоиды», или Поговори со мной, машина!

Мог ли чат GPT появиться в России и почему Китай скоро обгонит США

Наука
Зачем императору резец? Зачем императору резец?

История ученической гравюры императора Николая Павловича

Дилетант
Всё ради искусства Всё ради искусства

Связь этой яхты с миром искусства не ограничивается одним лишь именем

Y Magazine
Картошка фри и оплата наличкой: что поможет в развитии IT-бизнеса в Латинской Америке Картошка фри и оплата наличкой: что поможет в развитии IT-бизнеса в Латинской Америке

На что обратить внимание IT-компаниям при выходе на рынок в Латинской Америке

Forbes
4 вопроса, на которые надо себе ответить, если вы завязываете отношения онлайн 4 вопроса, на которые надо себе ответить, если вы завязываете отношения онлайн

Четыре важных вопроса, на которые надо ответить, завязывая виртуальный роман

Psychologies
Солнце близко, но не греет: почему на вершинах гор часто лежит снег? Солнце близко, но не греет: почему на вершинах гор часто лежит снег?

Почему в горах всегда холоднее, чем внизу?

ТехИнсайдер
Статус или свобода: как разные поколения зарабатывают и тратят деньги Статус или свобода: как разные поколения зарабатывают и тратят деньги

Чем отличаются представления о ценности денег у разных поколений?

Psychologies
Из колеи ARM в созвездие «Эльбруса»* Из колеи ARM в созвездие «Эльбруса»*

Каковы перспективы экосистемы вокруг процессора «Эльбрус»

Монокль
Открыть в приложении