Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Разработка различной аппаратуры для эксплуатации в течение длительного времени под водой требует создания автономных ЭУ с высокими удельными и эксплуатационными характеристиками. Та­ким ЭУ может явиться водородно-кислородный ЭХГ на основе ТЭ с ИОМ.

Имеется сообщение об исследованиях фирмы «Дженерал элек­трик» (США) по применению водородно-кислородных ЭХГ для энер­госнабжения подводных аппаратов. В работе дается анализ обла­стей применения различных ЭУ по их стоимости (рис. 6.44). Там же

сообщается о разработках и испытаниях в течение 6 мес ЭУ на основе ТЭ с ИОМ мощностью 5 Вт (500 Вт кратковременно от бу­ферной никель-кадмиевой аккумуляторной батареи), предназначен­ной для электропитания буев. В этой ЭУ водород и кислород по­лучают из твердых химических соединений. Масса ЭУ составляет 142 кг при энергоемкости 44 кВт-ч.

В [6.3] приведены основные характеристики разрабатываемых фирмой ЭУ для электропитания буев. Эти данные приведены в табл. 6.2.

Схема этих ЭУ представлена на рис. 6.45. В замкнутой системе ЭУ нс связана с окружающей средой (кроме наружного корпуса), а н открытой — кислород получается взаимодействием химического реа:ента с окружающей водой. Подробности о схеме, конструкции и реагентах не сообщены.

Одним из первых вопросов, возникающих при разработке ЭУ для подводного применения, является выбор давления рабочих га­зов. При давлениях газа в полостях ТЭ, близких к атмосферному, необходимо использовать прочный корпус, рассчитанный па устой­чивость при максимальной глубине погружения. Это может приве­сти к существенному увеличению массы. Кроме того, вынос инерт­ных примесей, накапливающихся в полостях ТЭ, представляет зна­чительную трудность и требует специальных компремнрующих устройств. С учетом этого представляется целесообразным исполь­зовать разгруженную конструкцию, поддерживая давление водоро­да и кислорода в батарее несколько выше, чем давление окружаю­щей среды.

Примером ЭУ для подводного применения может служить опи­санный ниже ЭХГ мощностью 500 Вт. Батарея ТЭ (рис. 6.46) со-

стоит из 35 ТЭ, последовательно Соединенных электрически, с па­раллельной раздачей газов. Внешний вид одного ТЭ площадью

Рне. 6.46. Батарея ТЭ мощ-
ностью 500 Вт для подводного
применения.

400 см2 представлен на рис. 6.47. Между ТЭ расположены 34 алю­миниевых ребра, отводящих тепло в морскую воду. Для защиты ребер от воздействия морской воды и для вредотвращения корот­кого замыкания выступающие концы выполнены в виде многослойной конструкции — титанового чехла, собственно ребра и стеклоткани, скрепленных между собой с помощью кремнийорганичсского герме­тика, обладающего хорошей адгезией к склеиваемым поверхностям, эластичностью и малым термическим сопротивлением. Собранная батарея ТЭ по наружной поверхности герметизируется эпоксидным

Р«с. 6 ,47. Топливный элемент рабочей площадью 400 см2.

компаундом с целью исключения доступа морской воды ко всем токоведущим частям конструкции; при этом приняты меры, предот­вращающие непосредственный контакт ИОМ и компаунда, приводя­щий к ионному обмену между ними.

Энергоустановка состояла из двух батареи ТЭ, шести баллонов водорода и трех баллонов кислорода емкостью 40 л под давлением 15 МПа. С помощью системы редуцирования поддерживался пере­пад давления между газами в полостях ТЭ и окружающей водой примерно 0,02 МПа. Масса ЭУ составляла около 650 кг при энер­гоемкости 45—50 кВт-ч, что соответствует удельной энергии 70— 80 Вт-ч/кг.

Использование облегченных стеклопластиковых баллонов вместо стандартных из черных металлов позволяет увеличить удельную энергию примерно в 3 раза. На рис. 6.48 представлена ЭУ в момент погружения.

С целью повышения удельной энергии ЭУ представляет интерес использование вместо баллонного хранения водорода и кислорода их твердофазное хранение. Осуществить такое хранение можно с по­мощью химических веществ, выделяющих водород и кислород при взаимодействии с окружающей средой (сч. гл. 9).

Для получения кислорода может быть использована реакция взаимодействия надперекиси натрия Na02 с водой

2Na0irf-H20^2Na0H-b 1,502f.

Водород образуется при взаимодействии гидрида лития LiH с водой по реакции

LiH4H2O^LiOH-j H2f.

Схема ЭУ с твердотопливным хранением мощностью до 35 Вт и номинальным напряжением 12 В представлена на рис. 6.49. Во­дород и кислород, образующиеся в реакторах 2 и it, поступаюі в батарею ТЭ, проходя последовательно через водоотделитель 4, в котором происходит сепарация сконденсировавшихся по тракту паров воды, фильтр с активированным углем 5 для очистки от ка­талитически активных примесей и противоаэрозольный фильтр б для предотвращения попадания аэрозоли Na02, LiH или угля в ба­тарею. Батарея ТЭ образована 15 ТЭ, скоммутированными последо­вательно по электричеству, каждый из которых состоит из четырех параллельно соединенных участков (рис. 6.50) площадью 25 см2 каждый. После сборки батареи образуются четыре секции с вну-

/ — батарея ТЭ; 2— реактор получения кислорода; 3 —заглушки; 4 — водоот­делители; 5 — угольные фильтры; 6 — противоаэрозольиые фильтры; 7 — запор­ные вентили; 3 — водоотделители батареи; 9 — блок продувки; 10— сливные коллекторы; // — реактор получения водорода; 12 — штуцера подачи водорода

и кислорода.

Тренними газовыми коллекторами, которые с помощью наружной коммутации соединяются по газу последовательно. Между ТЭ рас­положены ребра охлаждения, конструктивно выполненные так же, как в батарее мощностью 500 Вт. Общий вид батарей ТЭ с герме­тизируемой периферией представлен па рис. 6.51. Кислород после

первой секции проходит через водоотделитель 8 (см. рис. 6.49), поступает во вторую секцию и т. д. Аналогично осуществляется подача водорода по секциям. Такая схема батарей позволяет бо­лее эффективно осуществлять продувку от инертных примесей, на­капливающихся преимущественно в последней секции. Продувка осуществляется открытием продувочных электромагнитных клапа­нов 9 по команде электронного блока управления при снижении напряжения па батарее ниже 10,5 В. Во избежание заполнения ба­тареи окружающей водой через водоотделители (гидравлическое сопротивление тракта водоотделителей много меньше гидравлическо­го сопротивления газовых трактов) выходное отверстие продувоч­ных клапанов находится ниже батареи на расстоянии кз. Расход газов на продувку определяется располагаемым напором (Л] и к2 расстояния между местом образования газов в реакторе и выход­ным отверстием продувочных клапанов) и гидравлическим сопро­тивлением трактов. Для обеспечения возможности проверок батареи ТЭ в составе ЭУ предусмотрены подводы газов от внешних устройств 12. С целью предотвращения дегидратации мембран во время хранения и транспортировки в энергоустановке установлены ручные запорные вентили 7 и заглушки 3 па коллекторах водо­отделителей. Заглушки, установленные на горловинах реакторов, предотвращают взаимодействие реагентов с парами воды. Перед погружением все заглушки снимаются и открываются вентили. На рис. 6.52 представлена ЭУ энергоемкостью 80 кВт-ч. Общая масса энергоустановки составляет примерно 250 кг (из которых 120 кг Na02 и 20 кг LiH), а удельная энергия 320 Вт-ч/кг. На описанном выше примере видно, что простота конструкции батареи ТЭ и всей ЭУ в целом, связанная с минимальными требованиями к вспомога­тельным системам, позволяет создавать ЭУ для электропитания под­водных объектов различной мощности и энергоемкости.

Комментарии запрещены.