Основные тенденции развития энергетических установок ПЛ

Энергетической установкой подводной лодки принято называть комплекс взаимодействующих между собой главных и вспомогательных механизмов, устройств и систем, в которых энергия топлива преобразуется в тепловую, электрическую или механическую энергию и в требуемом виде передается потребителям [23].

Основное назначение энергетической установки — обеспечение хода подводной лодки с заданными скоростями, с выполнением при этом необходимых маневров. Кроме того, с помощью энергетической установки осуществляется применение оружия, работа средств наблюдения и связи, борьба за живучесть ПЛ, пополнение энергетических запасов (ВВД, зарядка АБ) и обеспечение бытовых нужд экипажа.

Энергетическая установка подводных лодок должна иметь минимально возможные массогабаритные характеристики, обладать маневренностью, живучестью, скрытностью, экономичностью, быть безопасной и удобно обслуживаемой в эксплуатации.

По виду используемой энергии энергетические установки подводных лодок подразделяются на атомные и неатомные, в том числе анаэробные.

Энергетическая установка включает следующие составные час-ти: собственно главную энергетическую установку, вспомогательную энергетическую установку, электроэнергетическую систему (ЭЭС).

Все типы установок могут быть выполнены по одновальной, двухвальной или трехвальной схеме.

Передача мощности двигателей гребным винтам может быть осуществлена непосредственно, либо через редукторные передачи, либо с помощью электропередачи (электродвижение).

При непосредственной (прямой) передаче частота вращения вала двигателя и гребного винта совпадают. Такие установки обладают простотой устройства и наименьшими потерями мощности в элементах передачи. В то же время, в ЭУ с непосредственной передачей мощности невозможно использовать высокооборотные двигатели, трудно подобрать оптимальные гребные винты, обеспечивая их необходимые акустические характеристики, высокую надежность и максимальный КПД всей установки.

Применение редуктора позволяет рационально передавать мощность на винт от высокооборотного двигателя, имеющего меньшую массу и габариты по сравнению с низкооборотными, с оптимальной частотой вращения. На атомных подводных лодках в качестве редукторных передач применяются зубчатые редукторы. Необходимость снижения акустических характеристик ГТЗА АПЛ требует исключения редукторной передачи из состава ЭУ. Это возможно при переходе АПЛ на полное электродвижение и, соответственно, при создании электродвигателей большой мощности, что и наблюдается сегодня в подводном кораблестроении.

На неатомных ПЛ редукторные передачи применяются редко.

В энергетических установках ДПЛ с электродвижением главные гребные электродвигатели (ГГЭД) в подводном положении получают питание от аккумуляторных батарей или ЭХГ, а в надводном и в режиме РДП — от дизель-генераторов.

Первичные двигатели (дизели, турбины) при использовании схемы электродвижения не имеют механической связи с валопроводом.

В атомной энергетической установке (АЭУ) в качестве главного двигателя используется паровая турбина, рабочее тело (пар) генерируется в ядерной паропроизводящей установке. Применение АЭУ на ПЛ открыло исключительные возможности для решения проблем, стоявших на протяжении всей истории подводного плавания.

К основным преимуществам ПЛ, оборудованных АЭУ, можно отнести следующие [74]:

— атомные энергетические установки не нуждаются в подводе к ним воздуха и постоянном отводе за борт большого количества отработанных газов, что идеально подходит для подводных лодок;

— автономность и дальность плавания под водой увеличиваются во много раз по сравнению с неатомными ПЛ;

— вырабатывается практически неограниченное количество энергии для обеспечения жизнедеятельности экипажа.

Вместе с тем, с самого начала внедрения атомных энергетических установок стали ясны и возникающие при этом новые сложные проблемы:

— необходимость обеспечения надежной радиационной защиты экипажа;

— потребность в более развитой инфраструктуре для обслуживания ПЛ (базирование, ремонт, доставка и перегрузка ядерного топлива, удаление отработанного топлива и т.д.).

Позднее, по мере накопления опыта, выявились и другие негативные моменты: повышенная шумность АПЛ, тяжесть последствий аварий, сложность вывода из строя и утилизации отслуживших свой срок кораблей.

В течение всего периода применения атомной энергетики в кораблестроении не прекращаются поиски более эффективных типов атомных энергоустановок.

В установках с электродвижением в качестве главного двигателя применяются гребные электродвигатели (ЭД), а в качестве источников электроэнергии — дизель-генераторы (ДГ) или турбогенераторы (ТГ).

ЭУ неатомных ПЛ с электропередачей обладают целым рядом положительных качеств, в число которых входят:

— отсутствие жесткой связи между главными двигателями и гребным винтом, что обеспечивает достаточно свободную компоновку всего оборудования установки и возможность наиболее целесообразного размещения двигателей на корабле;

— высокие маневренные качества установки и сравнительная простота дистанционного и автоматического управления;

— возможность применения быстроходных нереверсивных дизелей;

— высокая живучесть установки благодаря наличию нескольких дизель-генераторов;

— возможность применения генераторов как постоянного, так и переменного тока, которые более надежны, т.к. не имеют щеточно-коллекторного аппарата;

— возможность использования главных дизель-генераторов для обеспечения общекорабельных нужд.

Основные направления развития дизелей:

— приспособление высокооборотных дизелей и повышенной оборотности для работы на дешевых, тяжелых сортах топлива;

— дальнейшее увеличение агрегатной мощности дизелей за счет повышения давления наддува и среднего эффективного давления в цилиндрах;

— повышение надежности;

— улучшение массогабаритных характеристик;

— повышение КПД;

— снижение трудоемкости обслуживания.

Создание ПЛ постоянно сопровождается поисками надежных анаэробных установок без связи с наружным воздухом.

В последнее время во многих странах мира, в том числе и России, продолжаются интенсивные работы по созданию анаэробных энергетических установок, позволяющих значительно увеличить дальность плавания ДПЛ в подводном положении. Подобные установки имеют как достоинства, так и недостатки, о чем свидетельствует история их создания [14], [65].

Общая направленность развития отечественной корабельной энергетики характеризуется увеличением агрегатной мощности, улучшением показателей экономичности, надежности и виброакустических характеристик, а также внедрением автоматизации.