Электрооборудование

После освоения АЭУ на подводных лодках стали применять переменный ток, что позволило уменьшить габариты и вес электрооборудования, а также повысить его надежность.

Для питания основных потребителей электроэнергии на атомных подводных лодках ВМС США принят переменный ток частотой 60 гц и напряжением на клеммах генератора 450 в. Источниками переменного тока на лодках служат трехфазные синхронные генераторы с паротурбинным приводом, мощность которых изменяется в пределах 650—2250 кет в одном агрегате. На большинстве подводных лодок установлены горизонтальные автономные турбогенераторы. Мощность генераторов атомных подводных ракетоносцев 2250 кет, скорость вращения 3600 об/мин и cos ф — 0,8. На лодках типа «Трешер» генераторы выполнены вертикальными, что позволяет более компактно разместить оборудование в отсеках АЭУ.

Система постоянного тока напряжением 220 в сохраняется на атомных подводных лодках для питания электропривода устройств, требующих регулируемой в широком диапазоне скорости вращения, а также в качестве резервной для осуществления электродвижения и обеспечения электроэнергией механизмов АЭУ при пуске и расхолаживании реактора. Источниками постоянного тока являются аккумуляторная батарея и дизель-генераторная установка.

Аккумуляторные батареи атомных подводных лодок ВМС США состоят из 126 элементов. Аккумуляторы — кислотные, свинцово-кальциевые, не выделяющие при работе вредных газов. Все элементы батареи соединены последовательно; номинальное напряжение батареи равно 250 е, а при разряде большими токами понижается до 175 е. Емкость аккумуляторной батареи типа «Гаппи-1» мод. А, установленной на первых американских атомных лодках*, в часовом режиме разрядки до: стигает 4000 а-ч. (энергоемкость— 1000 квт-час). Габариты одного элемента 356x457X1170 мм, вес 450 кг. Батарея в сборе вместе с расклинкой и электрическими соединениями весит 64,6 г. Так как зарядку аккумуляторных батарей атомных лодок производят сравнительно редко, американские конструк торы отказались от водяной системы охлаждения, применявшейся на дизель-электрических подводИых лодках. Это упростило конструкцию аккумуляторов и позволило сэкономить часть средств при постройке лодок.

Основной недостаток аккумуляторов типа «Гаппи-1» мод. А-^ небольшой срок службы полностью заряженных батарей в режиме непрерывной подзарядки (такой режим характерен для атомных энергетических установок). По этой причине аккумуляторные батареи приходится периодически разряжать, поддерживая их емкостью на уровне 80—85% от номинальной.

Для устранения указанного недостатка американские специалисты увеличили толщину пластин анода с 3,3 до 6,1 мм. При этом снижение емкости элементов, связанное с увеличением толщины пластин, компенсировали за счет применения более концентрированного электролита и увеличения размеров пластин, уменьшив толщину стенок баков, выполненных из стеклопластика.

Новый тип батареи аккумуляторов — «Гаппи-1» мод. В по своим размерам не отличается от предыдущего образца и весит 70,9 г. Емкость старой и новой 'батарей при разрядке малыми токами одинакова, а срок службы на борту подводной лодки составляет 30 и 66 месяцев соответственно. Немного снизилось общее число выдерживаемых батареей зарядно-разрядных циклов, однако опыт эксплуатации американских атомных лодок показал, что возможно почти двухкратное увеличение числа таких циклов по сравнению с лабораторными экспериментами (со 165-175 до 300).

На английской атомной подводной лодке «Дредноут» установлена аккумуляторная батарея, состоящая из 112 элементов. Вместо эбонитовых баков применены баки из стеклопластика.

Таблица 28

Характеристики аккумуляторных батарей подводных лодок ВМФ Франции

Мощ-

Свинцовые аккумуляторы

Никель-кадмиевые аккуму-

ность

(160 элементов)

ляторы (254 элемента)

режимаразрядки,

кет

           

энерго-

время

удельная

энерго-

время

удельная

емкость.

разряд-

энергия, квт-час/т

емкость.

разряд-

энергия, квт-час/т

 

квт-час

ки, час.

квт-час

ки, час.

80

2895

36

35

2800

35

34

160

2750

17

33,5

2720

17

33

400

2110

5

25,5

2640

6,5

32

1600

1575

1

19 -

2500

, 1,5

29

2400

1170

0,5

14

2200

1,0

27

Энергоемкость (емкость) аккумуляторных батарей зависит 'ОТ режима разрядки. С уменьшением мощности режима разрядки энергоем'кость батарей значительно возрастает. В качестве примера в табл. 28 приведены характеристики лодочных свинцовых и никель-кадмиевых аккумуляторов.

По мнению зарубежных специалистов дальнейшее увеличение энергоемкости аккумуляторных батарей подводных лодок может быть достигнуто, если применить серебряно-цинковые элементы. Свинцовые и серебряно-цинковые аккумуляторы имеют следующие сравнительные характеристики:

Батареикйслотйая серебряно-цинковая

Напряжение, в.......... 1,5—2,1 1,0—1,8

Удельная энергия:

квт-ч/т............ 33—44 70—130

квт-ч/м^............ 90—120 200—270

Основной недостаток серебряно-цинковых элементов — их высокая стоимость, приблизительно в 10 раз превышающая стоимость (СВИНЦОВЫХ аккумуляторов 2.

Серебряно-цинковые аккумуляторные батареи установлены на американских дизель-электрических подводных лодках типа «Барракуда» и «Альбакор». В частности, батарея подводной лодкн «Альбакор» 3 состоит из 440 элементов и обеспечивает '>при часовом режиме разрядки энергоемкость 20—25 тыс. квт-ч. Вес батареи достигает 200 т.

Дизель-генераторные установки применяются, вероятно, на всех американских атомных лодках. Первоначально наблюдалось снижение мощности их дизель-генераторов с 600 кет на подводной лодке «Наутилус» др 500 кет на лодках типа «Скейт» и 400 кет на лодках типов «Тритон», «Скипджек» и «Джордж Вашингтон», однако в дальнейшем мощность дизель-генераторов вновь повысилась до 600 кет на кораблях типа «Лафайет».

Преобразование переменного тока в постоянный (например, при зарядке аккумуляторной батареи от турбогенераторов) или постоянного в переменный (при работе механизмов системы охлаждения реактора от аккумуляторов) осуществляют преобразовательные агрегаты мощностью 150—300 кет. Преобразователи состоят из электродвигателей постоянного тока и син-

' Design News, 1962, t. 17, № 23; Naval Engineers Journal, 1962, t. 74, № 4.

2 Our Navy, 1960, t. 55, № 2. . . 3 La Revue Maritime, 1963, № 198.

хронных генераторов. Генераторы могут работать в режиме синхронного электродвигателя. В этом случае электродвигатели становятся генераторами и подают электроэнергию на шины пО' стоянного тока.

Кроме систем постоянного и переменного токов, на атомных лодках предусмотрены сети переменного тока повышенной (400 гц, 120 б) и пониженной частоты (15 гц, 450 в), а также слабого постоянного тока (28 в), питающие радио-, радиолокационную, гидроакустическую и другую электронную аппаратуру, а также циркуляционные насосы первого контура АЭУ при пониженной скорости вращения (ток с частотой 15 гц). Для получения переменного тока повышенной частоты используют трехфазные преобразовательные агрегаты (мотор-генераторы) мощностью 25 ква на торпедных лодках и 40 кеа на подводных ракетоносцах. На лодках типов «Скипджек» и «Джордж Вашингтон» установлено по три таких агрегата. К электроэнергетическим системам подводных ракетоносцев предъявляют повышенные требования: колебания напряжения и частоты в установившемся режиме не должны 'превышать 0,5—5% номинальных значений (в зависимости от важности потребителей).

Для выпрямления и преобразования электрического тока в системах атомных лодок широко применяют бесшумные полупроводниковые приборы — статические преобразователи. По сравнению с машинными преобразователями они обладают следующими основными преимуществами: отсутствие вибрации и бесшумность в работе; меньший вес и габариты; более высокий к. п. д. и малые потери холостого хода; высокая точность стабилизации выходного тока; более высокая эксплуатационная надежность; возможность исполнения корпуса преобразователя любой формы с учетом условий размещения его на лодке и т. п.

В США разработана серия статических преобразователей тока, охватывающая диапазон мощностей 2,5—75 кет. Например, на подводных лодках типов «Трешер» и «Лафайет» установлены статические преобразователи мощностью 60 кет, вырабатывающие ток частотой 400 гц и напряжением 355 е. Колебания напряжения и частоты не превышают 1%. Примерами полупроводниковых приборов могут также служить кремниевый выпрямитель мощностью 48 кет (напряжение 64 е, ток 750 а) кислородного генератора и аналогичные выпрямители, обеспечивающие питание независимых обмоток возбуждения турбогенераторов.

На атомных подводных лодках установлено большое количество потребителей электроэнергии. Главные из них: механизмы 1 силовой установки, систем и устройств (циркуляционные

' Здесь и далее указывается электрическая мощность, потребляемая Одним механизмом.

насосы 100—120 кет), холодильные маи1ины (150 кет и более), масляные насосы (300 кет) и пр. На лодках типов «Скейт» и «Трешер» гидроакустическое оборудование потребляет 14,8 и 54,2 кет; радиолокационйое 1,8 и 3,8 кет; аппаратура связи 5,9 и 19,3 кет; вычислительные машины 2,3 и 5,8 кет; навигационное оборудование и аппаратура контроля 1,1 и 2,8 кет. Бытовые приборы атомных подводных лодок потребляют, кет: оборудование камбуза 30, электрогрелки воздухонагревателей 10, сушилка белья 10 и т. п.

Некоторое представление о насыщенности атомных лодок электрооборудованием дают следующие цифры: длина электрокабелей на подводной лодке «Наутилус» составляет около 73 км; на «Сивулфе» установлено 63 электродвигателя мощностью более 1 л. с, вес которых составляет 12,2 г — это результат применения кремнийорганической изоляции (те же моторы с обычной изоляцией весили бы около 17 г). Еще более мощное электрооборудование установлено на подводных ракетоносцах: длина электрокабелей на ракетоносцах типа «Джордж Вашингтон» превышает 130 км, а число электродвигателей достигает 118.

Все потребители электроэнергии атомных лодок по степени важности подразделяются на две группы: одна из них автоматически отключается при аварийной остановке реактора, а другая (жизненно важные потребители: электродвигатели насосов Системы расхолаживания реактора, системы гидравлики и т.д.) продолжает работать на энергии аккумуляторов или дизель-генераторной установки.

Осветительные сети атомных подводных лодок питаются от трехфазных трансформаторов напряжением 450/120 в: При пониженном до 120 в напряжении используют электролампы накаливания с более толстыми нитями, обладающими большей механической прочностью. Такое напряжение менее опасно для-личного состава корабля в случае повреждения электрической сети. На подводных лодках применяют лампы накаливанир и люминесцентные мощностью 20 вт для общего освещения и 8 вг — для местйого освещения столов, коек и т. п. Осветитель- -ную сеть каждого отсека питают два независимых один от другого фидера.

Для защиты элементов электрической сети от перегрузок и токов короткого замыкания установлены автоматические выключатели типов АСВ (большие, воздушные), ЛОВ (малые, воздушные) и АВ (низковольтные).

Электроэнергетической системой на атомных подводных лодках управляют с главного распределительного щита, расположенного в помещении поста управления АЭУ. Конструктивно щит выполнен в виде двух вертикальных стоек-шкафов; габаритні каждой из них 600X500X1900 мм. Каркасы стоек изготов лены из алюминиевых ■ сплавов. Кроме главного распределительного щита, на лодках установлены групповые распределительные щиты. Распределительный щит электродвигателей циркуляционных насосов первого контура, например, размещен в верхней части реакторного отсека; габариты щита 360X530X1960 мм.

Принципиальная схема генерирования и канализации тока на подводной лопке «Наутилус» и лодках типа «Скейт» пока-

Электрооборудование

Рис. 64. Принципиальные схемы генерирования и канализации тока на подводных лодках «Наутилус» (а) и «Скейт» (б).

/ ~ дизель-генератор; 2 — автомат-выключатель; 3 — шина электродвижения; 4 — пускатель электродвигателя постоянного тока; 5 — обратимый преобразователь; 6 — шина потребителей первой степени важности турбинного отсека; 7 —переменный ток с берега; « — турбогенератор; 9 —от шины потребителей первой степени важности реакторного отсека; /О — электродвигатели циркуляционных насосов первого контура; // —шина электродвигателей циркуляционных насосов; 12 — шина потребителей второй степени важности; 13 — шаяа потребителей первой степени важности реакторного отсека; /4 — шина постоянного тока; 15 — батарейный автомат; 16 — аккумуляторная батарея; 17 — шина переменного тока потребителей второй степени важности; 18 — то же, первой степени важности; 19 — постоянный ток с берега.

зана на рис. 64. На подводной лодке «Наутилус» установлены специальные турбогенераторы для питания электродвигателей циркуляционных насосов первого контура АЭУ. На лодках типа «Скейт» турбогенераторы по назначению не. подразделяются. Кроме того, на этих кораблях не предусмотрены специальные шины турбинного и реакторного отсеков. Все это значительно снижает вес электрооборудования. Подобные электрические системы применяют на большинстве американских атомных подводных лодок.

По мнению американских конструкторов, при повышении частоты переменного тока возможно некоторое снижение весаи габаритов электрооборудования. В частности, рассматривается вопрос о переводе освещения на переменный ток с частотой 400 гц. Изучаются возможности широкого применения полупроводниковых приборов для производства и преобразования электрической энергии. Кроме того, решается проблема использования легких синтетических материалов для изготовления изоляции и арматуры электрооборудования подводных лодок.

Предыдущая глава Оглавление Следующая глава