Парогазовые турбинные установки

Одним из первых анаэробных двигателей ПЛ за рубежом можно считать парогазовые установки, предложенные немецким инженером Г. Вальтером. Еще в 1923 г. Вальтер обратил внимание на свойство перекиси водорода воспламенять топливо без доступа воздуха. В 1933 г. им были проведены исследования энергетических возможностей растворов перекиси водорода и подобраны соответствующие катализаторы, которые способствовали мгновенному разложению перекиси. В частности, при разложении 1 кг 80%-ной перекиси получаются следующие компоненты:

В 1936 году по проекту Вальтера фирма Круппа построила и испытала энергетическую установку для ПЛ мощностью 1400 л.с. с парогазовой турбиной, работающей на перекиси водорода по так называемому «холодному» принципу (рис. 10.18).

Перекись водорода, которая хранилась за бортом в эластичных мешках, подавалась в камеру разложения насосом. Продукты разложения — водяной пар и кислород — поступали при давлении около 30 атм. в турбину, которая через редуктор вращала гребной вал. После срабатывания в турбине смесь выбрасывалась за борт. При этом терялось большое количество кислорода, и образовывался пузырьковый след за лодкой, вследствие малой растворимости кислорода в морской воде. В 1940 г. с такой установкой была построена опытная ПЛ, не имевшая вооружения. Мощность установки составляла 2500 л.с., что позволило лодке развить рекордную по тому времени скорость в подводном положении, равную 28 узлам.

В последующих установках был применен так называемый «горячий» принцип использования перекиси водорода с подачей углеводородного топлива в камеру сгорания вместе с продуктами разложения перекиси водорода. В Германии были созданы лодочные парогазовые турбинные установки мощностью 2500,4000,5000 и 7500 л.с. В 1942-1943 гг. началось строительство боевых подводных ло-док с такими установками, и до конца войны были полностью построены три ПЛ, еще четыре находились на разных стадиях постройки. В конце войны они были затоплены или взорваны.

В послевоенные годы, используя трофейные материалы по установкам Вальтера, ведущие морские державы вели проектирование подводных лодок с подобными двигателями в качестве форсажных установок. В России была построена и проходила испытания опытная подводная лодка проекта 617 с парогазовой турбинной установкой (рис. 10.19).

В состав установки входили: парогазовая турбина мощностью 7250 л.с., камера разложения, камера сгорания, конденсатор смешения и компрессор высокого давления. Для обеспечения работы установки в легком корпусе в эластичных мешках из синтетического материала размещался запас 80%-ной перекиси водорода (104 т) и углеводородное топливо в цистернах (14 т).

Установка работала по «горячей» схеме: дизельное топливо, перекись водорода и пресная вода подавались трехкомпонентным насосом к четырехкомпонентному регулятору, откуда перекись водорода подавалась в камеру разложения, где она под действием катализатора разлагалась на газообразный кислород (37%) и водяной пар (63%). Далее парокислородная смесь с температурой 485 °С поступала в камеру сгорания, куда одновременно подавалось топливо, которое сгорало в атмосфере кислорода, и питательная вода для снижения температуры продуктов горения с 2000 °С до 550 °С. Парогазовая смесь, пройдя через сепаратор, поступала в турбину при постоянной температуре и под переменным, в зависимости от на-грузки турбины, давлением (номинальное давление 21,0 атм.). Отработанная парогазовая смесь из турбины направлялась в конденсатор смешения, в котором она охлаждалась, перемешиваясь с питательной водой. Углекислый газ из конденсатора удалялся винтовым компрессором за борт. Сконденсировавшиеся пары воды прокачивались конденсатным насосом через забортный холодильник и частично возвращались в конденсатор, а другая их часть подавалась в камеру сгорания для поддержания температурного режима работы установки. Излишки конденсатной воды вместе с углекислым газом выводились за борт.

Вследствие большого расхода перекиси водорода и топлива, для компенсации избыточной плавучести ПЛ автоматически осуществлялся дозированный прием забортной воды в заместительную цистерну. Мощность установки передавалась на гребной вал через двухступенчатый редуктор. На этот же вал работала и дизель-аккумуляторная установка.

После окончания войны англичане подняли одну из затопленных ПЛ, восстановили и модернизировали ее при участии профессора Г. Вальтера, который был вывезен в Великобританию. Испытания велись до 1950 г. По результатам испытаний была разработана своя парогазовая установка, работавшая по «горячему» принципу. Англичане построили две подводные лодки водоизмещением 1300 тонн с такой установкой. Опыт эксплуатации ПЛ этого типа пока-зал, что форсажные установки позволяют развить высокую подводную скорость около 25 узлов в течение сравнительно длительного времени, но в то же время выявил один из главных недостатков: большой расход перекиси водорода — 2,4 кг/л.с.-ч. Стоимость одного часа полного хода по тогдашним ценам составляла около 5000 ф. ст.

В США также были разработаны три проекта паротурбинных установок для ПЛ [14].

Испытания парогазотурбинных установок, проведенные в России, Великобритании и США, показали их ограниченные возможности. В то время трудно было решить вопросы, связанные с регенерацией и хранением химических компонентов, проблемами коррозии, пожаробезопасностью и т.п. Большое значение имела и высокая стоимость перекиси водорода. По американским данным, для двухвальной энергетической установки требовалось 19 тонн перекиси водорода в час на сумму примерно 15000 долларов. Кроме того, требовалось учесть и стоимость дизельного топлива. Для сравнения, авианосец за это время расходует топлива на сумму 1600 долларов. Все это свело на нет преимущества паротурбинных установок, работающих по замкнутому циклу, по сравнению с дизель-аккумуляторными установками.