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

Насколько безопасно использование интернет-банкинга? Насколько безопасно использование интернет-банкинга?

Что такое интернет-бакинг и надежен ли он?

Наука и техника
«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
Николай Колпаков: «Корпорации не готовы инвестировать в несуществующие решения» Николай Колпаков: «Корпорации не готовы инвестировать в несуществующие решения»

Почему буксует переход бизнеса на отечественные технологии

РБК
Птицам стыдно? Ученые выяснили, что курицы могут краснеть! Вот почему это происходит Птицам стыдно? Ученые выяснили, что курицы могут краснеть! Вот почему это происходит

Куры способны краснеть — и не только. Вот что выяснили ученые!

ТехИнсайдер
Кентавр из моря Кентавр из моря

Может ли кентавр существовать с точки зрения биологии?

Вокруг света
Наследие под угрозой: почему природный парк в России признали всемирной ценностью Наследие под угрозой: почему природный парк в России признали всемирной ценностью

Про лодки «кенозерки» и чем Стоунхендж похож на Кавказский заповедник

Forbes
Вaренье из сосновых шишек Вaренье из сосновых шишек

Питаться шишками каждый день не будешь, но иногда – в самый раз!

КАНТРИ Русская азбука
Чужой, Годзилла, Саурон: в честь кого теперь называют животных Чужой, Годзилла, Саурон: в честь кого теперь называют животных

Новые имена в биологии, которые отсылают к персоналиям или поп-культуре

Наука и техника
«Извините, автор умер». Как смотреть фильмы Бергмана и Антониони «Извините, автор умер». Как смотреть фильмы Бергмана и Антониони

Чем похожи Антониони и Бергман и как правильно смотреть их фильмы?

СНОБ
Лето в городе Лето в городе

Как интересно провести время на отдыхе в городе

Здоровье
Титановое сердце на дисковых насосах Титановое сердце на дисковых насосах

Потребность в пересадке сердца в России составляет тысячи операций в год

Наука
Ягоды Ягоды

Что приготовить из ягод в самый разгар летнего сезона?

Здоровье
«На рынке венчурных инвестиций наступает переломный момент» «На рынке венчурных инвестиций наступает переломный момент»

Как простому россиянину заработать на инвестициях в новые сферы экономики

Деньги
Путешествия во времени и ядерный апокалипсис. Что ученые думают про фильмы Кристофера Нолана Путешествия во времени и ядерный апокалипсис. Что ученые думают про фильмы Кристофера Нолана

Вероятно ли воплощение научно-фантастических идей режиссера Кристофера Нолана?

СНОБ
Журнал Time опубликовал рейтинг «100 величайших мест мира — 2024»: что вошло в список Журнал Time опубликовал рейтинг «100 величайших мест мира — 2024»: что вошло в список

Журнал Time составил список из 100 самых лучших мест на Земле

Maxim
Же-де-пом и крокет: старые виды спорта, которых больше нет на Олимпийских играх Же-де-пом и крокет: старые виды спорта, которых больше нет на Олимпийских играх

О видах спорта, в которых участники Олимпийских игр больше не состязаются

ТехИнсайдер
Правила хранения джина, виски и водки Правила хранения джина, виски и водки

Почему водка иногда теряет свой вкус и откуда в виски появляются ноты резины?

СНОБ
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
Как укрепить психическое здоровье? Просто отказаться от соцсетей на 2 недели Как укрепить психическое здоровье? Просто отказаться от соцсетей на 2 недели

Как двухнедельный детокс от социальный сетей скажется на ментальном состоянии

ТехИнсайдер
Происхождение казахов Синьцзяна смоделировали из четырех предковых компонент Происхождение казахов Синьцзяна смоделировали из четырех предковых компонент

Китайские генетики проанализировали ДНК более чем двухсот этнических казахов

N+1
Худеем быстро Худеем быстро

Семь способов сжечь больше калорий

Лиза
«Художества и науки» в Петербургской Академии наук 1724—1803 «Художества и науки» в Петербургской Академии наук 1724—1803

О появлении современной науки: Великая дивергенция и благотворное влияние церкви

Знание – сила
ИИ решил математические задачи Международной олимпиады школьников ИИ решил математические задачи Международной олимпиады школьников

ИИ от DeepMind почти взял золотую медаль на Международной олимпиаде школьников

ТехИнсайдер
В Новосибирск. Путешествие для всей семьи В Новосибирск. Путешествие для всей семьи

Интересный маршрут по Новосибирску для всей семьи

Лиза
Похититель молодости: как синий свет гаджетов портит нашу кожу Похититель молодости: как синий свет гаджетов портит нашу кожу

Как синий свет провоцирует цифровое старение

ТехИнсайдер
Призывы к убийствам в эфире радио: 30 лет геноциду в Руанде Призывы к убийствам в эфире радио: 30 лет геноциду в Руанде

Как африканская страна пережила 100 страшных кровопролитных дней геноцида

ТехИнсайдер
Генная терапия: встречайте лекарства будущего Генная терапия: встречайте лекарства будущего

Насколько мы близки к победе над «плохой генетикой»?

Монокль
Пометки и штрафы: семь вопросов о новом законопроекте для блогеров Пометки и штрафы: семь вопросов о новом законопроекте для блогеров

Главные вопросы о новых поправках в законопроекте для блогеров

Forbes
Лошадиная королевская фамилия Лошадиная королевская фамилия

«Моя леди Джейн»: кони и люди в альтернативной истории Англии XVI века

Weekend
«Услужливая диктатура» и крупный капитал: 12 лет вместе «Услужливая диктатура» и крупный капитал: 12 лет вместе

Отношения германского национал-социализма и крупного капитала были не простыми

Дилетант
Открыть в приложении