автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Эффективность аварийных источников энергии подводных технических средств на основе окисления щелочных металлов

МИКОЛАЇВСЬКИЙ КОРАБЛЕБУДІВНИЙ ІНСТИТУТ імені адмірала С. О. Макарова

Інв. № 2/ДСК

г г г „ „ Екз. № 2-3

і г Ь од

На правах рукопису , УДК 629.12:629.58

ПАТЛАЙ ЧУК

Володимир Миколайович

ЕФЕКТИВНІСТЬ АВАРІЙНИХ ДЖЕРЕЛ ЕНЕРГІЇ ПІДВОДНИХ ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ НА ОСНОВ! ОКИСЛЕННЯ ЛУЖНИХ МЕТАЛІВ

Спеціальність 05.08.05 — «Суднові енергетичні установки та їх елементи (головні та допоміжні)»

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Миколаїв—1994

Робота виконана в Миколаївському кораблебудівному інституті імені адмірала С. 0.Макарова

№укови{* керівник - доктор технічних наук, професор

ЛЕВЕН'ЕРГ. В.Д.

Офіційні опоненти - доктор технічних наук, професор

ШКВАР А. Я.

- кандидат технічних наук НАВІЧ О.В.

Тїровідга організація - ЦВД і ГЇІ "їкйфун"

Захист відбудеться Х994 р,

в годин на засіданні спеціалізованої вченої ради Д С63.04.0І Миколаївського кораблебудівного інституту імені адмірала С.О.Макарова за адресою: 327025, м. Миколаїв, пр.Пероїв Стал і кр ралу, 9. ,

З дисертацією мсжяиво ознайомитись в бібліотеці інституті Автореферат розісланий . "________________________" ■ - 1994 р.

' ї ■

ВНЕШЙ СЕШЗЙР СПЕЩШІЗСВЛНСГ ШШ. ?№■' д-р гехн. наук, професор

гД^1 Смешит в.«.

- з - .

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РФОТИ

Актуальність теми. Господарське освоєння світового океа-іу в значній мірі залежить від доскотлозті зикоркст озуємизс «дводних технічних засобів /ПТЗ/. Очним з конструктивних за-содіа, що гарантують безпечні'' експлуатації) ПТЗ є розробка калійної системи аварійного шгггезабезпечвкнл, складним елементом якої є аварійне дкерзло енергії. Значні маси і габарити зикоргістозуємих джерел /свинцево-кислотні, срібно-цкняові.ні-<елево~кадшєві та інші типи акумуляторкгос батарей/ внзтача-зть іговсяяяу автономність систем хаитєзобсзітсченнп, цо сбые-хуе мсклкзість їх винорксташія. Розробка висскоофзютгвних рг.ерея сшртії здатна суттєво підвищити аварійгагй екзргорз-їурс і е одним із кшрл.! і в удосконалення підводках технічних засобів.

Шрспсктивнии е ств орешся аварі йн:їх д~орая тетпозої і уіекїркчної екзргії ю оснозі різнхй типів екзотермічних хі-дічшя рзаяцій, з саія найбільш згпчгсс-ш за тепяозкм ефектом і кзйбіяьа прі«нятайі для практичної реалізації с реакції ззаемедії ряду луяних і лужно-земельних кзгаяів /літій, шт-зій, кальцій/ а газоподібними галогенезісї-кюгл сполуками /хп&-;оті, шзстифториста сірка/. Джерела окзргії» основані ш окис-[енн\ лужних металів, функціонально повнісга автономні. Від-;утність будь—ят-сіес шкідливих впливів на навкспілпгз середовище іизтачае їх екологічну чистоту.

Матеріали, наведені а дисертації, е екладозоа частішою гошпекснах досліджень автономні»; джерел окзргії підводних •зхнічгаос засобів, що проводяться під' ік»рішяе??всм Заслуясено-•о діяла і-ауки і техніки України, д-ра техи.іпук, щзофзсора Іавонберга' В.Д, Еззуяьтати попередніх /з рамсах даного нау-:овото напряму/ досліджень зтйтаи своє відображання в . ряді іисортаційних робіт, монографій.

Дисертаційна робота виконувалась відатсвідта до коордьна-іійних планів;

1. Міетузізська програма каукозо-досліджх робі» на 1986:990 рр. "ІІЬльф* /налршок Ш - "ТЬхнічні засоби комплексного ісвоення морських родозкщ тфти і газу"/.

2. Програш робіт Чорноморського філіалу ЯПТ АН СРСР з роблем водного транспорту на 1989-2000 рр„ /розділ Ш - "Т^ан-

спортна енергетика"/.

З, Координаційний план ВДР вищих учбових закладів у галузі суднобудування на 1986-1990 рр.

Т&ким чином, завдання розробки високоефективних аварійних джерел енергії підводних технічних засобів на основі окислення лужних металів актуальне і має теоретичний та практичний інтерес.

Мета роботи і задачі досліджень. Метою роботи є дослідження ефективності аварійних джерел енергії на основі окислення лужних металів, розробка рекомендацій для їх проектування. Це зумовило необхідність розробки конструкції і створення математичної моделі джерел теплової та електричної енергії; розробки алгоритмів і реалізуших програм визначення оптимальних параметрів; розробки і створення експериментального зразка джерела енергії на основі окислення металів, а також установки для Його дослідження; виконання експериментальних робіт з дослідження основних характеристик джерела та його елементів; вироблення рекомендацій по вибору параметрів аварійних діізрел теплової і електричної енергії на основі окислення лупних металів.

Віукова новизні роботи псиягае в розробці математичної моделі прішцшово нової конструкції аварійного джерела енергії; в отриманні експериментальних характеристик зразка джерела енергії; у визначенні параметрів аварійних джерел теплової і електричної енергії на основі окислення лужних металів.

Практична цінність роботи - в розробці рекомендацій по вибору параметрів аварійних джерел енергії на основі окислення лукних металів стосовно сучасних і перспективних конструкцій підводних технічних засобів; розробці алгоритмів і реалізуших програм, які дають змогу визначити ефективність та оптимальні параметри джерел теплової і електричної енергії на. основі окислення металів.

Достовірність висновків і рекомендацій підтверджується прийнятою точністю отримання експериментальних характеристик джерела енергії, результатами експериментальних досяідязкь ефективності джерела енергії, задовільне© узгодженістю експериментальних і теоретичних результатів.

Впровадження результатів досліджень здійснюється шляхом розробки рекомендацій по вибору параметрів аварійних джерел

теплової і електричної енергії» основаних ш. окисленні лужних металів, для підводних апаратів типу ТЇЇНРО-2 і ССЛ-3-600, а також джерел енергії для аварійних систем енергопостачання водолазних дзвонів і декомпресійних камер глибоководних водолазних комплексів, які передано зацікавленим організаціям.

йппскіапія роботи. Основні результати досліджень дсгговіда-лксь на Ш науково-технічній конференції "Алферьевские чтения" /Н. Новгород, 1990/, на міжвузівській конференції "Подготовка и сжигание топлив в судових установках" /Миколаїв, 1991/, на 6-» науково-технічній конференції "Проблемы создания новой техники для освоения шельфа" /Горький, 1989/, га науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу Микеяа-ївського кораблебудівного інституту /Ми» спаїв, 1590-1992 / та ін.

СЬобистий внесок автора потягає в розробці математичної моделі і реалізуших програм визначення оптимальних параметрів аварійних джерел енергії на оснозі сгшсяекніг металів; в розробці і створенні експериментального зразка джерела енергії; в розробці експериментальної установки та проведенні досліджень характеристик зразка джерела енаргії; отриманні оптимальних параметрів аварійних джерел теплової і електричної енергії- га основі окислення лужних металів.

Автоп захищає розроблену шляхом математичного *оделюван-ня методику визначення ефективності аварійних дкарел теплової і електричної енергії, основаних, на окисленні лучших металів; результати визначення оптимальних параметрів аварійних джерел енергії; результати експериментальних досліджень зразка джерела енергії.

Публікації.По темі дисертацій олубяікозано 12 робіт, у тому числі І авторське свідоцтво.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із введення» п'яти розділів, висновків, рекомендацій, списку літератури із 140 найменувань, додатка.

Робота містить <2>9 сторінок машинописного тексту, II таблиць і 56 рисунків. .

ЗМІСТИВШИ

Введення містить обгрунтування актуальності теми, викладення основних передумов для постановки мети і задач досліджень.

В першому розділі показано, що визначальною тенденціє» і розвитку аварійних джерел енергії на основі окислення лужню металів є підвищення їх ефективності шляхом зниження маси і габаратів.

Пзрспективнии напрямом слід вважати використання у складі аварійних джерел пристроїв прямого перетворювання енергії в електричну, зокрема рідиннометалевих термоелектричних генераторів на основі $>' -глинозему /РМЇЕГ/, які мають високі значення коефіцієнта корисної дії.

Використання для передачі тепла від хімічнрго реактора /реакційної камери/ до перетворювача енергії регульованих теплових труб дозволяє попіттті массгабаритні показники РМЇЕГ і знизити витрати електричної потужності на власні потреби установки.

Важливим шляхом підвищення ефективності джерел енергії Б зниження втрат тепла в навколишнє середовище, що досягається використанням найбільш ефективних сучасних теплоізоляційних матеріалів.

ІЬдійкз ініціювання хімічної реакції /попередню плавлення та нагрів лужного металу до температури печатку окислення/ протягом короткого проміжку часу мозлиае за рахунок застосування високоакзотершчних термітних сполук. Використання сфеі> тивних сумішей піротехнічних речовин здатне забезпечити наді йкз приведення дасерєла онзргії до робочого стану при мінімальних касі та габаритах самої системи нагріву. .

Інтенсивне корозійне руйнуваніїя стінок хімічного реактора і контактуичого теплообмінного обладнання при високих роб отих температурах розплавленими луїшиии металами та їх солями зумовлює необхідність удосконаленій використовуємих конструкційних матеріалів.

фташ із основних напрямків зниження маси і габаритів джерел енергії потрібно вважати удосконалення процесу хімічної взаємодії реагентів всередині реакційної камери. Раціональна конструкція інжекційного пристрсю, кошоновка хімічно* го реактора» оптимальні режими та умови експлуатації здатні суттєво вплинути на повноту вигоряння лужного металу, отже і яа кількість виділеного тепле.

Викладені принципи підвищення ефективності покладено в основу конструкції джерела теплової і електричної енергії,ос-

кованого на окисленні лужних металів, розробленої у Миколаївському кораблебудівному інституті і захищеної авторським свідоцтвом С'РСР № І959ЮТ від 1.05.92 р. /рис.І/. -

Показана необхідність проведення комплексу робіт відповідно до дати і завдань досліджень дисертації.

У пхтчму розділі гаво-дигься розрсблеіа математична модель аварійного джерела енергії /див.рис.Г/, на засаді якої моясіиве визначення Того ефективності і вибір оптимальних параметріз.

Рис. І. АваріЛнз даерело тегшозої та електричної ешргії кз. основі окислення лужних металів:

І-міцкий корпус; 2 - теплоза ізоляція; 3 - реакційа камзра;

4 і 5 - термогенератори; б -теплові трубі:; *7 - ємність з охкслввачем

Враховуючи цільове призтаченкя, у рзді модельованих розглядались джерела, призначені як для спільного гегврувакка електричної і теплової ензргії, ггсгк і для шгро&іешя тільки електричної ешргії, '

Питома маса джерела агаргіг розглядалась та критерій ефзк-тивностіі ■

М

т = —----------;------ .

СИ-,* МЛс)?

де т - питома ггаса, кг/(кВг.г); . М ■» маса джерела ешргії, кг; Мт і Ме - генерована теплова і електрична потужнісгь,кВ?; 1с«.м - коефіцієнт врахування витрат електрично? ешргії на власні потреби; Т -> автономність, г.

Каса джерела енергії /у вигляді суми те елементів, що

його складають/:

М = ИР * Мої + И.к + Мр< + Ми,+ Мт^Мтг^Ип<М. де Мр, МЄі:, Мпк-, , Мт, Мгг, Мп і МА- маси

реагенте /лужного металу/, окислювача» міцного корпуса, реакційної камери, теплової ізоляції, теплових труб, термоелектричних гекзраторів, піротехнічної речовігчи, додаткового обладнання, кг.

Взаємозв’язок параметрів елементів здійснювався на основі відомих теоретичних і експериментальних досліджень з урахуванням не стоці стрносгі процесів, зумовленої характером роботи реакційної камери.

Маса заряду лужного металу визначалась із залежності:

3 600 (Мт ,^Нвкн)Г \

М(

де ї« - кссфіцісиг відносних теплових втрат хімічного реактора; Цр - теоретична кількість тепла, що виділяється протягом реакції; кД'к/ет; - кількість тепла, що аиділязться піротеззіічіпгм іаторіалш. гДз/кг; К„ - коефіцієнт .повноти хімічної реакції.

Пря визіачошіі г&баритн;яс розмірі? хімічного рсаіяора враховувалась подібність процесів, гла мають місце всередині його /підйом пухирців газу в розгааві духаїсго мзталу/, ші^ло-гічїі;:м лрецзсом в кгаогнак барботера апаратах. -К&іфіціс» запасу еб’єму ріактора вИйаразел сг іайбілю ііз бівчаїк», с.-римаїппс .протято:,і розрахунків гассміст::ості варів рідігого поталу і продуктів реакції. Огра^вд сіпчзшіл і:а позїзшо . бути кзнзайї са величину коефіцієнта запасу, іка вмішається щпі горизонтальному розиіценні джерела споргії.

Баяичика косфіціеід'А тепя соях втрат !?к враховує втрати з поверхні дазрезіа в кавкешшнз середовпце. 0о /з ці-кіїн дршної Оч і сферичної 0«*> частин/ і залишкову кількість тепла О® .

Втрат»: тепла в кавяоптнз сзредовіщз -оналодсться шляхом розв'язання мзгодем скішенго: різниць аа локально-одНовклір -яси схемоз з розщатензіш по просгорсвгіх змішзпе рівняння теплопровідності з внутрішніми дперелами тепла: ■

Теплові втрати з циліндричної частики джерела визнала -ються інтегруванням по час/ теплопотоків з бокової поверхні хімічного реактора протягом строку автономності:

^ 3600 (^сНОсП *3600 £

ЯзпяочиГ: потік •> нг-ксъилв середовище у .даний часовий момент знаходиться інтегруванням теплових потоків з кожної елементарної ділянки по довжині циліндричної частини:

. (ІхЛ)сіх ~ £ С*Л> лХ>

О іг<

де і;.о - кількість атементаршп: ділянок по часу і довжині; лТ , л х - розмір елементарних ділянок; <]г с*Л > - значення лінійного теачового потоку в навколишнє середовище .з елементарної ділянки в даний момент часу, Вт/м. ,

Втрати тепла зі сферичних частин Ос<р визначаються інтегруванням по часу теплових потоків з торцевих поверхонь хімічного реактора. ,

Залишкова втрачаєш кількість тепла 0$ знаходиться із розрахунку тепла, що лишаємся в продуктах реакції, корпусі реактора, теплових трубах на момзкт припинання фунта ~снування джерела, • ■ . - ’

Якщо початково задайз значення нз перевищує у межах встановленої точності величину £* * отркшну із розра-

хунку, то визначені масогабарпті:: харакїерйстнк» вваяаються істгаппімл. Інакша розраховані параметри'утсчнезться методом ітерації, . • -

Маси ксауха слстс«і відведення тепла, запірної та регулюючої арматури, блоків розподілення енергії та іншого обладнання враховуються при розрахунку у вигляді додаткової маси.

При визначені ефективності джерела енергії ш його характеристики складається ряд обмежень, зумовлених скішеною величино» швидкості хімічної реакції, максимальною потужністю, що передається тепловими трубаги, геометричною впису-ваніето теплових труб з розміняними на них РМ1ЕГ в переріз реакційної камери. ■

Сбмехення по горінно досягається дотриманням рівності кількостей газу, що вигорає при поверхневій взаємодії з лужним металом, та окислювача, що подається в реакційну камеру:

^ СС^'С,).

S' d-s

де Gc* - витрачання окислювача, кг/с; 9г - густина газу, кг/м ; Кіи.А - дифузійний критерій Дельта; Т>г - коефіцієнт дифузії, м /с; Fs - площа Живого" поперечного перерізу, ы ; ds - характерний розмір, м; С^. і Сч - концентрація газу біля поверхні поділу фаз і га. відстані від неї.'

Характеристики теплових труб визначаються при дотриманні нерівності:

Q<T ^ Q V?, Qje..Q* » Qt *

де Qh-г - теплове навантаження однієї труби, Вт; QvP - капілярні обмеження, Ег; Qгй - обмеження у зв’язку із зам-кнэшшм парового потоку, Вт; Qy - обмеження через виніс рідини з гнота паром, Вг; - обиаженші по кипінню, Вт.

Розроблена математична модель стала основою алгоритму, реалізованого у вигляді програми алгоритмічне® мов® ФОРТРАН-77 стосовно персональних комп'ютерів, сумісшіх з ІВМ PC/AT. .

Виконана перевірка адекватності свідчить про задовільну відповідність розрахункових характеристик джерела енергії і його складових елементів наявним експериментальним даним, що дозволяє зробити висновок про можливість використання розробленої математичної моделі в подальших теоретичних дослід-кеннях ефективності дазрел енергії.

У третьому позділі міститься опис розробленого експериментального зразка ддарела теплової енергії на основі окислення лужних металів і установки для його дослідження, наводяться результати експериментальних досліджень, методика їх проведення і визначення похибки вимірювань.

Вихідними хімічними реагентами рдя дослідження вибрано металічній літій і технічний сорт шесгкфтористог сірки. Дня початкового нагріву реакційної камери використовувався залі-зоалюмінієвий терміт "/41 + РвжОз ". Відведення тепла від джерела енергії здійснювалось із зовнішньої циліндричної частини реактора трубчастим теплообмінником.

Роботи по дослідженню характеристик експериментального ,

зразка джерела едаргії прозодияиеь з «гри етапи. Ш першому етапі здійснювався комплекз пуско-талагоджувальних і попередніх досліджень, який включав перевірку працездатності та на-лагодтшя котрая шо-вшіряЕакьнсго обладнання, проведення індивідуального градуазання роташтра по шестифтористій сірці, відпрацьовування питань техніки безпеки, проведення серії досліджень характеристик піротехнічних зарядїз.

Ні другому етапі отримано характеристики експериментального зразка джерела енергії, дослгдкено надійність ініціювання реакції піротехнічним зарядом, стійкість роботи інжекційного пристрою, знайдено повноту окислення лужного металу,визначено стан елементів експершентґУііного зразка.

Дня вивчення ілтпу оргєьтаг;ії дкегеда енергії у просторі на його характеристики була проведена серія досліджень експериментального зразка при кутах нахилу його центральної осі 45 і 90°, які склали зміст третього етапу.

Проведено експериментальні дослідження розробленого зразка джерела енергії, що дозволило з’ясувати оснсзні закономірності процесів, які мають місце протягом функціонування, отримати кількісну інформацію про динаміку формування температурних полів, теплових потоків та ін. .

Експериментальний зразок проектувався на максимальну едаргоемність 2,2 кБт.г, г якої тепло, що виділялося термітом, становило 10...II %. Робота джерела характеризувалась налз-ніст а трьох режимів* Першій - режим початкового нагріву та ініціювання реакції піротехнічкея •рзчсзшісз, другий - режим хімічної реакції, третій - рег.’гз відведення тепла від залишкових продуктів.

Тривалість режиму пстгаткового нагріву відповідала часу горіння термітного заряду /15...Ш є/. По його закінченні середньоіитегральна по об'єму температура реакційної камери становила 4Є0...470 К* Встановлена витрачання окислювача забезпечувало протягом другого режиму виділення теплової енергії потужністю ЄООО...7000 Вт.

йі рис.2 і 3 наведено деякі результати експериментальних досліджень зразка дзкерела едаргії.

Поряд з отрицанням основних характеристик експериментального зразка джерела енергії велика увага приділялась вивчення теплового стану його основних елементів, у першу чергу, реак-

2 'Г.г

йіс.2. ЇЬпяова енергія, що відводаься від сксперкмзкїольного зразка:

. -------— - розрахунок;

СИГ, кВт-г

0 - експераагегс

Вас. З, Кількість тепла, яке відведено від експериментального зразка протягом експерименту:

------— - .розрахунок, о - експерименту

----------розрахункова енергоешйсгь зразка

цііїної камери, протягом горіння металу і відведення тепла від продуктів реакції. №і рис.4 наведена залежність температури від часу в різних точках по висоті обичайки хімічного реактора.

Т.К

Віс.4. ЇЬшература в різиіх гсяках реакційної камери

Нзрівноміриість теїяізратурнсго пеня реакційної камзря, яка гала місце т в осьовому напрямі, гак. і по пзриизтру перерізу, свідчила про різній перебіг хімічної реакції о об’ємі реактора в наслідок постійного переміщення зони герішя. Яз-репад температур на обичайці сягав.свого гакешальвего зїа-ченкя ,400...45Ш наприкінці реакції. Цри цьому ліпідна но-рішіоцірність стаяовїяа 28X3...3200 К/и.

Повнота хімічної реакції визнавалась двома катодами -шляхом вимірввшдая сумарної кількості окислювача, що пцдходпз до реакційної катари, і зваяуваннвм хімічного рзактера перед і після досліду. , ,

- Впзютугака Бсзігаина кало залежала від куга нахилу зразка дазрела еизргії. Прийняте для подальших розрахунків значення повноти окислення металічного літів шзсткфторкса'оз сір-ксо етаиезшо « 0,02.

Експор:с.:з:гтальгаій зразок витримав шість випробувань. їїіс-Лй лсюгсго з нах проводився його розбір з метеш очищення реакційної казягря, перевірки стану головних елементів, додатко-

боро препарування та ін. Хімічний реактор після видалення продуктів реакції, незважаючи на певне корозія® руйнування стінок, був придатним дія повторного використання. Форсушч* пкй пристрій потребував заміни через труднощі очищення від затверділих залишкових продуктів та часткове сплавлення отворів перфорації. '

У четвертому тюзділі наводяться результати теоретичних досліджень ефективності аварійних джерел тещі свої і електричної енергії ш основі окислення лужних металів.

Вибір параметрів аварійних джерел енергії підзодних технічних' засобів здійснювався на основі розв'язання задачі оп~-типізації, яка потягала з обчислена комплексу .значень параметрів, що забезпечували для заданої потужності і автономності мінімальні значення питомої маси при обласних і функ-ці овальних обмеженнях.

' Відповідно до розробленої математичної моделі при вирі- . шенні оаткмізаційної задачі у ролі цільової функції використовувалась сума питомої маси джерела енергії і функції штрафу, введення якої здірсновальсь:

при перевіренні поточної кількості теплових труб над розрахункозсю; - ; ■ -

в разі, коли зщчення поточної величини площі "ісіиого1' поперечного перерізу реакційної камери було меншій! за значення, ще визначалось 'з обмежень по поверхневому, горінню; .

лра перевищенні поточною потужністю, що передасться теп-- ■ ловиш трубами, ьакешальрй можливого для даної кількості : труб значення: 3

р С*) * + рСО = т + К. 2 С;

це т - поточне значення питомої маси джерела; Рс*> - функція штрафу; - параметр функції птрайу; С; - штрафні елементи.

Питома маса джерела взагалі е функцією ряду параметрів, з яких діаметр міцного корпуса сі , кілК-г-Ть тегхловнх

труб пт , температура ’'горячих" спаїв РМ'і^;4' ?р і тс-лщшв шару теплової ізоляції Би5 розглядал сь як сптимїзовані,решта приймала постійні, залежні від конкретних варіантів, значення,

Значення основних постійних величин:

емпература навколишнього середовища - Тос = 277 К, розрахун-:овиґ< тиск та міцни? корпус - Р«. = 3,9 МПа, густина матеріа-у корпусу - ?г,* = 4500 кг/м^, мека плинності матеріалу -=. 1000 МПа, теплопровідність ізоляції -Х,=0,03 Вт/(м.к), устина ізоляції - = 740 кг/м, діаметр теплових труб -

clT = 0,018 м, густина скрапленого окислювача - =

: 1000кг/ А

Розв’язання задачі оптимізації проводилось методом випадного пошуку за умов безперервної зміни згачень оптимізова-[ііх параметрів. .

Визначення ефективності проводціося для джерел енергії, >снованих на взаємодії літію з шестифгористого сіркою та пор-ентафторетансм /хлацсн-ІІ5/. Повнота окислення літій сести-ітористою сіркоп дорівнювала за підсумками експериментальних .осліджень 0,92. Повнота вигоряння літій при окисленні його ладонсм - 115 може знаходитись з інтервалі згачень від 0,7 ;о 1,0. Враховуючи безпосередня залежність від цього парамет-а автономності даерела, а таксгс експлуатаційна призначення аварійне енергопостачання/, вибрана для розрахунків в&чичииа тановила Кп ~ 0,7,

Результати дсслідкешя ефективності даврел енергії при іоній розрахунковій орієнтації у просторі наведені т рис.Б, к випливас з розрахунків, залежно під заданої потужності і втономності розбіжність у значеннях визначеного критерію факт каное? і може сягати 2. ..40 %.

Вибір параметрів аварійних джерел теплозої і електричної нергії підводних технічних засобів проводився в діапазонах начекь автономності / х = 20...80 г/ і генерованої потук-ості / Ne = 200...600 Вт, К-г = КІт/КІе = 10...20/, харак-ерних для джерел даного функціонального призначення. Варію-ання параметрами, які оптимізувалися,, здійснювалося в таких ежах: d а 0,20.... 1,25 м, 5^* « 0,005...0,025 м, Тг = ШО...1200 К, пх « 2...100. Зал етап сть питшої маси і оптимальних габаритіп джерел енергії від автономності наподить-я на рис. 6.

Для прийнятого діаггасс.-гу потужностей і автономності пи-ома маса має згачення 1,0*.. 1,8 кг/(кВт.г) для окислювача ,F6 і 1,4...2,7 кгДкВт.г) для окислювача СЯР?СІ .

т, кгД к &т О

гп,

кх/скВт •")

не = гообг. *т = ю

Ме-ЬОС 5 бт.

хт--го 1 -і .

і І\|е:200Вт , кт = ю

5^

- .

Ме=6СХ5Вт, К-г = 20

20 40 ЬО -Т.Г 20 40 60 т,г

а 5 .

Рис.5. Залежність питомої маси джерела теплової га електричної-енергії від розрахункової орієнтації:- . ,

а - окислювач S^ь ; б - окислювач С, сі •,

______ - кут нахилу 0°;___________- кут на- •

хилу 90° -

Рільщі зкгчснкя питомої маси /на 45...60 « при однакових значеннях генерованих потужносте? і автономності/ джерела енергії, основаного на окисленні літію хладоном-115, обумовлюються збільшенням діаметра ш 8...25 %, довжини - на 9... ...зз%. ■ . . " ' ' " • ' .

З метот визначення ступеня впливу оптимальних параметрів на значення питомої маси ксаєн з них послідовно варіювався в певному діапазоні своїх значень при фіксуванні решти в • оптимальні {* точці /рис. % Дія розглянутого діапазону потужносте? і автономності найбільш впливовими параметрами є діаметр • міцного ксрпуса і кількість тегисвих труб.;Вплив температури "га рячих" спаїв В12ЕГ і товщини ізоляції менш суттєвий. / відхилення їх значень від оптимальних приводить до росту питомої маси ке більш ніж ш. 8., .36 '

Варіювання параметрами, що оптимизувалйся»при визначеній р.фекгивності аварійних .джерел електричної ешртії, проводилося в межах: сА = 0,1...0,3 м, Кі * 0,005...0,025 м, Тг * = 800»..1200 К, гц = 2.,.20. Мінімальні значення питомої маси .для окислювача ьї^ становлять 2,1...5,1 кгДкВт.г) , дд я окислювача С,Г, с'І - 2,9...6,9 кгДкВт г) /рис.

m.

«г/с к 8т- г )

р:о.б. Зглотшіать г.:ассгййар:ггізп nctacinrrJn д-гсрэл . тггясзої та елеістргяної егзрпії Мд пз?онс:.-г

поеті.* .

а - с:с::елювач- Sr4 ; Й - сшилззач - С^СІ

Протягся доалідг.зЕз ветітзгаяась такси с$з!гтз!і!с?ь ага-гйіпп: дгерэл еігзрггї, рооташояаггн веорздіші шцгісі-о ксрпу-1 підводпс?о -’гпара?у. ТЬтсча таса так:с: дг.орс;л ха. 15. ..40 5 згапа від ак-2ЯО?іи"з аа сгартсзішіега, що ка»ь гласний міц-::й .корпус.

У і^гго-гумтілі іпсодої» результати вибору тракегріз зарійет: £г.оргл еігзргії дія підаодігпс апаратів кшу ЇИЕРО-2 ОСА-З-ШО. Псзазано, що засгосупаяші дтарсл елеотркчнсї

т,

і'-г/і к бт г)

-18-

•Сг/скВт г)

0,2 0.6 с^»м - гг*р>оо5 о,он5 м

кт/квт-г)__________________ ______ кгДьбт г

Ме-- гооВт

/ ЬОО Вт

І'" і \

•\ : \ ,

‘Л -

■ ,>(г ю

2

і

[ І N г-гоойт-

ІК ьос >Вт

& V

(О - V 20

800 ЮОО Тг К о ■ а

т.

кг/ікВі г)

50 П,

Л5

і.О

&оовт/ 1 л /

^=ю7^ /

■ ' и

ж N ' 20

Гч

|и*= 200 Ьг

гл, кг/.*.Втг

і.5

і,О

1 т Ме=2оовг

ч. л "_»А 40

V

и- 20 "V * бООВт

т 0.2 .0,6 сі,м т 0.005- о.оіЗ- 8\,ь.м

г) ' ' ’

і.5

і О

і і" N*=200 8т

ІО л

N 20 ^ і

1 о , 41 —V =>Йт

15

1.0

Г . . Ме= гооВт

М ЬООВт

1-

к- ю 20

50

800 іООО Тг.Х о 5

Віс.7. Вплив параметрів, цо спткмізуються, т. пктому касу джерел теплової та електричної енергії /окислювач £Р6/ а г ч = 20 г; б - '"С = 00 г

П,

і

ї1"1, кг/с к йт г )

ч

2 1- ,м

і. 5

1,0

0,5

СІ,М

0.2 !Т 0,20 0,15

/ ЗО Вт

ьоовТ .7 400 Вт

кіт —

Ыа=6С і. Х5Вт

ЧООБт Л'''

^ >" -"-1 "~^200 Вт і

\ М^гообт

- /1 400 Вт

600 Вт

і\іе= 6 / ■ , - СЮ Вт

^ " ЧООВт

-у~~- гоов-г

. V Г\!е = 6С ЗО Вт

ЧООВт>" —■ ^

200 Вт .1 .

го чо бо т,г ^20 ьо -г-, г

а 5-

Ніс. 8. Залежшеть масогабаритннх показників дчсерел електричної еизргі? від автономності: а - сншглввач ЬРь ; <5 - окислювач С^СІ

енергії іа сенові окислення лужних металів замість традиційних акумуяятортгх батарей дозволяє зменшити ?/ясу аварійного даерпла для 71ШР0-Е в 4...5,5 раза, для ССА-З-ЄОО - в 2,5... ...3,5 раса. Використання джерел електричної і теплової енергії даного типу дає змогу при незмінних у порівнянні з вихідним варіантом масі та автономності додатково виробляти І,9<..3,5 /їИНРО-2/ і 1,3...2,1 кВт /ОСА-3-6ЭО/ теплової енергії.

Визначено иасогабаритні характеристики аварійних джерел теплової та електричної енергії для водолазних комплексів,Питома «аса джерел становить 3,1. ..2,3 кг/(кВт.г) .

Результати досліджень і рекомендації передано зацікавленим організаціям. . ■

ОСНСВЇЙ висновки та шажщддії

1. Розроблена математична модель аварійних джерел тепло-

вої і електричної енергії на основі окислення лужних ' металів дозволяє зизначати їх масогабаритні характеристики та оптимальні параметри у широкому діапазоні значень автономності і вироблюваної потужності. ,

2. Розроблено і створено експериментальний, зразок джерела енергії та установку, яка дає змогу проводити і*ого комплексне дослідження. Результати проведених експериментальних досліджень підтверджують основні теоретичні положення роботи.

3. Експериментально підтверджено працездатність розробленої конструкції реакційної камери, системи початкового нагріву, системи інжекції окислювача при різній орієнтації джерела енергії у просторі. Отримано значення повноти хімічного реагування металічного літіо з шестяфгорястов сіркою.

4. У діапазоні зщчень автономності 20. ..Ф годин, вироблюваної електричної і теплової потужності, відповідно,

200...600 Вт і 2...І2 кВт питома маса аварійних джерел теплової і електричної енергії ін основі окислення металічного літію становить 0.7.. .1,8 кг/СкВт.г) дія окислювача "иієстифто-риста сірка" і І,І. . .2,7 кг/(кВт.г) для окислювача "хладон -115”.

5. Питома маса аварійних джерел електричної енергії для

значень генерованої електричної потужності 200...600 Вт і автономності 20...33 годин становить 1,7...5,3 кг/ (кВт.г) /окислювач / і 2,4...6,9 кг/(і;Вт.г) /окислювач СІ/,

6. Питома маса і оптимальні значення параметрів джерел енергії залежать зід розрахункової орієнтації у просторі. З ростом енергоємності втілив кута нахилу на характеристики енергетичного модуля знижується.

7. Застосування джерел електричної енергії та основі окислення лужних металів замість традиційних акумуляторних батареї: дозволяє ау.ешжги касу аваріРного джерела енергії для

підводного апарата ШНРй-2 в 4...5,5 раза, для підводного апарата ОСА—З—Є00 - в 2,5...З,5 раза. Використання аварійних джерел теплової і електрично? енергії у складі ПІДВОДНИХ апаратів дає змогу при незмінній, у порівнянні з вихідним варіантом, масі- та автономності додатково генерувати 1,9. ..3,5 /2ИНРС-2/ і Г,3...2,І кВт /ОСА-3-600/ теплової енергії, що свідчить про перспективність їх використання у складі підводних технічних засобів.

СЬновні результати дисертації опубліковано в роботах:

І. Левенберг В.Д., Патлайчук В. Н. К определению эффективности химических источников энергии систем теплоснабжения // Судовое энергомашиностроение: Сб.науч.тр. - Нгасиа-єв: Ш, 19Э:>. - С. 1С-Г\

■ Р.. Левенберг В.Д., Харитонов Ю. Н., Патлайчук В. Н. Хи-

мические источники энергии систем теплоснабжения // Алферь-евские чтения: Тез. докл. конф. - Н. Новгород, 1990. - С. 86.

3. Левенберг В.Д., Патлайчук В. Н. К оценка массогабаритных показателей источников тегиовс?? энергии // Судозыз энергетические установки: Сб.науч.тр. - Ншслаев: 'ШИ, І99Ї.

- С. 6-13.

4. Левенберг В.Д., Патлайчук В. Н. Автономный химический источник энергии // Подготовка и сшгаше топлив в судовых установках: Язз. докл. конф. - Николаев, 1991. - П.23.

5. Левенбері' Б. Д. Патлайчук В. Н. К определению эф-

фективности преобразования тепловой энергии хикичэских источников // Судовое энергомашиностроение: Сб.гауч.тр. - Ні-колаев: 1КИ, 1992. - С. 8-17. , ’

6. Источник энергии / З.Д.Левелберг, Ю. К Хъритаюз,

B. Н. Патлайчук - А. С.. № 1759107 от 1.05.92 г.

7. Лзвеї.-берг В.Д., ГЬтлайчук В.II, Козырев В.Ю. ?.*ате-матичеснеа моделирование і7роцессов о наргопрэ «5 разевания химических астсчкжов /У Судовое энэргсмашиострсекие : Сб. гауч.тр. - Нпсстасз: ШИ, 1993. - С. 26-34.

8. Лсвепбер? В.Д., Козырев В.Ю., Патлайчук В.К К ре-

шения задачи плпйлсшш мэталла термитным зарядом У/ Судовое эгергемзишизстрсеннэ: Сб.гауч.тр. - Нгколаев: НШ, 1993. -

C. 18-26.

9. ЛзЕОНберг В.Д., Патлайчук В.Н. Экспериментальное ис-

след сванке источников энергии, основанных на окислении металлов // Судовое энергомашиностроение: Сб.науч.тр. - Школаев: ШИ, 1993. - С. 34-41. . ' .

10. Разработка аварийных источников тепловой и электри-

ческой энергии для подводных технических средств: Отчет о НИР/ Николаев, кораблестроит. ин-т им. адм. С. 0.Макарова. -Николаев. - Б. 65. с.■ .

11. Исследование процессов энергопреобразования в нетра-

диционных экологически чистых источниках на основе окисления шел очных металлов с генераторами прямой трансформации тепловой энергии в электрическую: Отчет о ШР /промежуточный/ / Вшолаев. кораблестроит. ин-т им.адм. С. 0.Макарова. - Ник ал а-ев, 1992. - Б.71.С.. ' • .

12. Исследование процессов энергопреобразования в не-тращщноншх экологически чистых источниках на основе окисления цел очных металлов с генераторами прямой трансформации тегйсвсй энергии в электрическую: Отчет о ШР / закдючитель -ный/ / Николаев, кораблестроит. ин-т им.адм.С. О.Макароза.~ Школаев, 1993. - & 60, с. •