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

От редакции От редакции

На страницах журнала «Наука и техника» освещаются научно-технические достижения

Наука и техника
Анна на кастинге Анна на кастинге

«Тайны Карениной»: документальный сериал о киногеничности романа Льва

Weekend
Математика седьмой координаты для роботов* Математика седьмой координаты для роботов*

Перспективы и проблемы развития роботостроения в России

Монокль
Казахстанский хоррор «Дастур»: почему его нужно посмотреть всем, кто увлекается психологией Казахстанский хоррор «Дастур»: почему его нужно посмотреть всем, кто увлекается психологией

Каким получился дебютный фильм Куаныша Бейсекова «Дастур»?

Psychologies
Вопрос/ответ Вопрос/ответ

Где родина огородных растений и кто придумал бумажные деньги?

Вокруг света
Мой друг барабашка Мой друг барабашка

Как забрать домового с собой при переезде

Лиза
В поисках культурного кода В поисках культурного кода

Как у регионов страны сформировался ощутимый запрос на собственный стиль?

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Всё по минимуму Всё по минимуму

Минимализм в интерьере: как добиться лаконичности и сохранить ощущение уюта

Лиза
Алкоголь, который нельзя заказывать на курортах Алкоголь, который нельзя заказывать на курортах

На отдыхе в вашем бокале может оказаться много интересного помимо заказанного

Maxim
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
Крупный заемщик больше не мечта банкира Крупный заемщик больше не мечта банкира

Финансовое положение ряда крупных компаний сейчас сложное и останется таким

Монокль
Нобелевские премии по физике в контексте истории Нобелевские премии по физике в контексте истории

Почему Нобелевскую премию Эйнштейну дали так поздно?

Наука и жизнь
Блины Блины

Блины для нас – это и наше солнце, и целая Вселенная

КАНТРИ Русская азбука
Болезнь Минамата: самое крупное в истории отравление ртутью Болезнь Минамата: самое крупное в истории отравление ртутью

Болезнь Минамата: как употребление загрязненных морепродуктов влияет на здоровье

ТехИнсайдер
Созидать Россию снизу Созидать Россию снизу

Как генерал Врангель и премьер Кривошеин землю делили

Дилетант
Продуманный подход вместо запретов Продуманный подход вместо запретов

Собравшиеся на форум ученые и врачи обсуждали проблематику табакокурения

Наука
Психолог Юлия Дердо: Я по пальцам одной руки могу пересчитать семьи, которые бы не столкнулись с изменой Психолог Юлия Дердо: Я по пальцам одной руки могу пересчитать семьи, которые бы не столкнулись с изменой

Психолог Юлия Дердо — о семейных отношениях и изменах

СНОБ
Не покупай это: 11 хитрых способов, которыми рестораны и кафе заставляют нас тратить больше денег Не покупай это: 11 хитрых способов, которыми рестораны и кафе заставляют нас тратить больше денег

Бесплатная корзинка с хлебом бывает только в мышеловке

VOICE
Не жужжи! Не жужжи!

Как выбрать эффективный и качественный репеллент

Лиза
9 признаков, указывающих на неверность супруга 9 признаков, указывающих на неверность супруга

Скрывая свою неверность, люди, как правило, ведут себя примерно одинаково

Psychologies
Не держит ручник: причины, и что делать, если не работает ручной тормоз Не держит ручник: причины, и что делать, если не работает ручной тормоз

Все о ручнике: почему не работает и как отрегулировать своими руками

РБК
4 самые частые причины сохранить несчастный брак: действительно ли они того стоят? 4 самые частые причины сохранить несчастный брак: действительно ли они того стоят?

Причины жить с мужчиной, который больше не хочет быть с тобой

Psychologies
Юлия Волкова: «Так получилось, что почти каждая моя роль — испытание» Юлия Волкова: «Так получилось, что почти каждая моя роль — испытание»

На «Фабрике» я, конечно, делала шоу. Меня называли девочка-скандал

Караван историй
Помпеи — сундук с сокровищами, который никогда не перестанет удивлять Помпеи — сундук с сокровищами, который никогда не перестанет удивлять

В Инсуле 10 был обнаружен триклиний, украшенный невероятной красоты фресками

Наука
Преодоление трагедии: что такое интергенерационная травма и как она проявляется Преодоление трагедии: что такое интергенерационная травма и как она проявляется

Как другие страны справлялись с историческими травмами

Forbes
«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
Погибших от чумы горожан из Буржа похоронили в сельской местности Погибших от чумы горожан из Буржа похоронили в сельской местности

Ученые проанализировали останки 97 человек из средневекового сельского некрополя

N+1
Как определить, что к вам применяют финансовый абьюз: 5 признаков Как определить, что к вам применяют финансовый абьюз: 5 признаков

Почему финансовый контроль в отношениях может превратиться в опасное оружие?

Psychologies
Кризис романтических отношений? Вот почему у людей любовь не клеится: точное объяснение! Кризис романтических отношений? Вот почему у людей любовь не клеится: точное объяснение!

Как создать здоровые романтические отношения?

ТехИнсайдер
«Таких эмоций не найдешь в боулинге или кино» «Таких эмоций не найдешь в боулинге или кино»

Почему у баскетбола миллионы фанатов по всему миру? Отвечает Андрей Кириленко

VOICE
Открыть в приложении