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

Как зарегистрировать изобретение и получить патент? Как зарегистрировать изобретение и получить патент?

Основные этапы патентования изобретения

Наука и техника
Простые советы, чтобы исправить сколиоз! Вот какие упражнения назвал эксперт Простые советы, чтобы исправить сколиоз! Вот какие упражнения назвал эксперт

Упражнения для людей со сколиозом, которые помогут с ним справиться

ТехИнсайдер
Мир начинает борьбу с микропластиком Мир начинает борьбу с микропластиком

Микроскопические частицы пластика проникли всюду и могут влиять на все живое

Монокль
История с биографией История с биографией

Tabula Rasa в своем изначальном значении: история одного семейного расследования

Знание – сила
Вопрос/ответ Вопрос/ответ

Как защититься от падения астероида и можно ли создать искусственную ДНК?

Вокруг света
Ольга Забненкова: «Главный тренд в эстетической косметологии сместился с лозунга Ольга Забненкова: «Главный тренд в эстетической косметологии сместился с лозунга

Врач-дерматолог об аппаратных процедурах и правильном уходе за кожей

Здоровье
В гостях у природы В гостях у природы

Курилы — острова, на которых всем заправляет Ее Величество Природа

Y Magazine
Достоевский на улице Сезам Достоевский на улице Сезам

«Эрик»: Бенедикт Камбербэтч в Нью-Йорке 1980-х

Weekend
«Я предложила маме жить с нами, если она бросит пить, или самой за себя отвечать»: история читательницы «Я предложила маме жить с нами, если она бросит пить, или самой за себя отвечать»: история читательницы

Как побороть стыд за родственников, злоупотребляющих алкоголем

Psychologies
В поисках культурного кода В поисках культурного кода

Как у регионов страны сформировался ощутимый запрос на собственный стиль?

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Съестнoе, которого больше нет Съестнoе, которого больше нет

Буква «ъ» – хороший повод поговорить об утраченном, в том числе и в кулинарии

КАНТРИ Русская азбука
Я уже выхожу Я уже выхожу

Что такое послеотпускная депрессия и как её избежать?

VOICE
Зерна циркона помогли определить возраст мощного удара по молодой Луне Зерна циркона помогли определить возраст мощного удара по молодой Луне

Планетологи с большой точностью датировали крупное импактное событие на Луне

N+1
Устаревшая версия Устаревшая версия

Отрывки из автобиографии легендарного Терминатора — Арнольда Шварценеггера

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Ученые узнали, какой тип клетчатки помогает худеть Ученые узнали, какой тип клетчатки помогает худеть

Что, если ключ к похудению все это время лежал в вашей тарелке для завтрака?

ТехИнсайдер
Kawasaki показала первый в мире водородный мотоцикл: кажется, ДВС будет жить вечно Kawasaki показала первый в мире водородный мотоцикл: кажется, ДВС будет жить вечно

Создание мотоциклов на водороде оказалось крепким орешком для инженеров

ТехИнсайдер
Небо в дерьмовых алмазах Небо в дерьмовых алмазах

Как Кристоф Бюхель издевается над художественными институциями

Weekend
Ученые вывели формулу, по которой можно узнать, сколько вашей собаке или кошке лет Ученые вывели формулу, по которой можно узнать, сколько вашей собаке или кошке лет

Ученым удалось вывести формулу вычисления возраста собак не пальцем в небо

ТехИнсайдер
В США врачи научились находить «идеальные» эмбрионы: почему их обвиняют в евгенике В США врачи научились находить «идеальные» эмбрионы: почему их обвиняют в евгенике

Технология Orchid позволяет обнаружить заболевания еще на стадии эмбриона

Psychologies
Интервью с Ильей Альтшулером — о «Пикнике “Афиши”» и доходах фестиваля Интервью с Ильей Альтшулером — о «Пикнике “Афиши”» и доходах фестиваля

Как сохранить ДНК «Пикника» в новых реалиях и чем этот фестиваль удивит

СНОБ
В трёх действиях В трёх действиях

Почему Московские процессы 1936–1938 годов сравнивались с игрой кошки с мышью?

Дилетант
Почему терроризм вернулся в Дагестан Почему терроризм вернулся в Дагестан

Как теракты напомнили о запутанном клубке противоречий в Республике Дагестан

Монокль
Кулебяка Кулебяка

Царица русских застолий с эффектом Lego: кулебяка

КАНТРИ Русская азбука
Фитнес-сладости: правда ли, что с ними можно похудеть? Фитнес-сладости: правда ли, что с ними можно похудеть?

Так ли ПП-сладости хороши для здоровья, как нам их рекламируют?

Psychologies
Нога в туннеле Нога в туннеле

Судмедэксперт Клас Бушманн приоткрывает тайны своей мрачной профессии

P.I.C. Partner In Crime
В Новосибирск. Путешествие для всей семьи В Новосибирск. Путешествие для всей семьи

Интересный маршрут по Новосибирску для всей семьи

Лиза
Левее левых: гошисты в водовороте событий мая—июня 1968 года во Франции Левее левых: гошисты в водовороте событий мая—июня 1968 года во Франции

Антиколониальная борьба во Франции и разочарование в коммунистах

Наука
«Джеймс Уэбб» рассмотрел растущий за счет слияния с массивными галактиками квазар из ранней Вселенной «Джеймс Уэбб» рассмотрел растущий за счет слияния с массивными галактиками квазар из ранней Вселенной

«Джеймс Уэбб» рассмотрел массивный квазар, сливающийся с двумя галактиками

N+1
Исследование: смерть близкого человека ускоряет старение мозга Исследование: смерть близкого человека ускоряет старение мозга

Как горечь утраты сказывается на физическом здоровье

ТехИнсайдер
Загадочный конверт Загадочный конверт

Александр Бекзадян вел себя все менее и менее осмотрительно...

Дилетант
Открыть в приложении