1598005420-e4dffbb6ff09e4f6675580849e63fa88 (811210), страница 75
Текст из файла (страница 75)
Условия работы ЭХГ на космических аппаратах выдвинули требование надежногд функционирования системы отвода воды в невесомости 19.11, для подводных аппаратов специфическим требованием является условие надежной работы при кренах и лифферентах [9.21, а также в условиях повышенной влажности, Специфическая особенность ЭХГ, работаюших в качестве резервных источников энергии,— быстрая взводимость; ЭХГ, применяемые для питания ретрансляторов, должны быть работоспособны прн отрицательных температурах и требовать минимума обслуживания; ТЭ, которые намереваются встроить в организм человека для стимуляции сердца, должны быть биологически совместимы с жнвымп тканями н т.
д, Естественно, каждое из перечисленных требований определенным образом влияет на конструкцию, устройство, массу, габариты н стоимость ЭУ. 9.2. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ В этом параграфе будут рассмотрены некоторые общие принципы конструирования, вытекающие из опыта конструкторских разработок изделий, применительно к проблеме создания нового типа ЭУ вЂ” ЭХГ. Безусловно, этн принципы достаточно обшп и, на первый взгляд, тривиальны.
Однако, учитывая направленность книги, мы посчитали возможным изложить их в оттельном разделе, 391 1. При конструировании широко используется принцип преемственности: все лучшее из ранее достигнутого применять в последующих разработках. Применительно к ЭХГ, к сожалению, этот принцип не может к настоящему времени широко использоваться, поскольку опыт их конструирования исчисляется годами.
Даже практика создания таких близких по назначению к областям применения изделий, как другие химические источники тока, не всегда помогает решать проблемы, возникающие прн создании ЭХГ. Так, необходимость непрерывной подачи на электроды топлива и окислителя и поддержания во время работы их параметров в заданных пределах не имеет аналогии в конструировании традиционных химических источников тока. Такой же новой задачей является необходимость размещения в составе ЭУ запасов топлива и окислителя и систем для удаления продуктов реакции, Правда, подобные задачи решались и при создании дизельных ЭУ нли ракетных двигателей, однако для ЭХГ удается использовать лишь общие принципы построения схем из-за фундаментального отличия процессов, заложенных в основу нх действия.
По этой причине приходится разрабатывать новые и весьма специфические узлы в системы. Так, известно, что удобнее и дешевле всего хранить топливо и окислитель в сжиженном состоянии в баллонах. Однако при использовании обычных баллонов система хранения будет тяжелее и более громоздка по сравнению с другими способами хранения. Только создание специальных облегченных баллонов повышенной прочности на давления 30— 50 МПа позволило использовать преимущества этого способа, не проигрывая прн этом в массе и габаритах. Так, фирма «Пратт энд Уитни» для подводных аппаратов разрабатывает ЭХГ типа РС12 с криогенным хранением реагентов, для ЭУ же на подводной лодке фирма планировала поставить в 1972 г. ЭУ РС15Л уже с хранением газообразного водорода п кислорода в сферических баллонах при давлениях 51,5 и 31,1 МПа соответственно.
Такая же ситуация возникает при попытке использовать водород, конвертированньш нз жидких углеводородов. Хотя вопрос конверсии последних теоретически давно решен, однако на практике создание малогабаритных, надежно и длительно работающих в условиях прп- 393 » «« менения ЭЫ агрегатов оказалось сложной конструкт«о11- скоп задачеп. 2. Принцип людульностн илн агрегатировання: установка создается из отдельных систем, выполняющих определенные функции н имеющих между собой прямые н обратные связи. Использование принципа модульности проиллюстрируем на примере ЭУ корабля «Аполло», состоявшей нз трех батарей ТЭ со вспомогательным оборудованием (водородный насос, теплообмепник, конденсатор, центробежный сепаратор, система храпения н вывода воды), аккумуляторной батареи, излучателя, емкостей для хранения сжиженных реагентов, излучателя, системы управления; аналогично строятся ЭУ для «Электрован» (Е)ес1гочап), которая выполнена по замкнутому циклу и состоит нз тридцати двух модулей ТЭ, водородной системы, кислородной системы, электролнтной системы и контура охлаждающего воздуха, системы управления и контроля.
Каждая пз этих систем в свою очередь имеет сложную структуру. 3. Третьим общим принципом конструирования является принцип компромиссности. ь1асто оказывается невозможным, соблюдая принцип комплексного подхода к решению поставленных задач, удовлетворять большое количество разнообразных, часто противоречивых требований. В этих случаях идут на компромисс: требования разделяют на первостепенные и второстепенные н удовлетворяют первые за счет вторых.
Найти это «компенсирующее» звено зачастую бывает очень трудно, и им может оказаться один из главных параметров. Так, для того чтобы обеспечить надежность источника энергии на космическом корабле «Аполло» были установлены три батареи ТЭ вместо двух, т. е.
были увеличены в 1,5 раза масса и габариты, хотя известно, что для космических аппаратов эти параметры имеют первостепенное значение. Прн разработке ЭХГ, как для любого нового изделия, такой «жертвой» зачастую оказывается стоимость ЭУ. Первые разработанные ЭХГ имели высокие удельные характеристики, но чрезвычайно высокую удельную стоимость, Фирма «Пратт энд Уитни» разрабатывает ЭУ для программы «Спейс шаттл» космического назначения. Удельная мощность ЭУ составляет 72 кВт/м', удельная стоимость 40 000 долл./кВт. зяз 1-1акоцец, можно привести пример, кйк ради обеспййения высокой надежности ЭУ пренебрегают массо-габаритными показателями.
Для питания навигационных буев, ретрансляторов, метеорологических станций, радиомаяков разрабатываются водородно-кислородные и водородно-воздушные ЭХГ небольшой мощности, имеющие максимально упрощенную схему, высокий КПД ТЭ (низкие плотности тока, малые расходы реагентов), что позволяет устранить систему терморегулировання и удаления воды, они способны длительно работать без обслуживания.
Так, ЭУ фирмы «Сименс» имеет мощность 25 Вт и состоит из батареи ТЭ, дающей при номинальной плотности тока всего 3.10 ' Л/см' и нагрузке 1 А при — 20'С напряжение 27 В, баллонов с водородом и кислородом, системы циркуляции электролита; она проработала 4 года, Ее масса 175 кг, объем 1,1 м«, т. е. удельные характеристики составляют 7000 кг/кВт и 44 мт/кВт. 9.3. ВЫБОР КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ Отправной точкой для выбора конструктивной схемы служат, как правило, массо-габаритные параметры ЭУ. Например, автономные ЭУ фирмы «Сименс», японской фирмы «Сони электрик» выполнены в едином контейнере.
Генератор «Электрован» размещен на одной платформе или шасси, ЭХГ для погружных аппаратов и подводных лодок проектируются размещенными в нескольких отсеках, стационарные установки с ЭХГ размещены в специальном помещении (проект ТЛРЖЕТ). Габаритными параметрами объекта определяются также точки закрепления ЭУ или отдельных ее систем, а также присоедпнптельные места различных магистралей, цепей управления и силовых цепей. Существенно влияют на выбор конструктивной схемы требования прочности, ударо- и вибростойкости (конструкция корпусных деталегц применение амортизирующих элементов и т.
д.), Диапазон используемых конструктивных решений и степень их сложности весьма щирокн. Если стационарные ЭУ могут быть закреплены на сварной раме пли фундаменте, то для транспортных объектов или переносных ЭУ, когда неизбежны вибра- 394 ции, удары и толчки, проблема прочности конструкции в целом весьма серьезна. В этом случае корпусные элементы должны иметь рациональную коробчатую нлп замкнутую конструкцию, они до.чжны быть рассчитаны и испытаны, при необходимости для наиболее чувствительных агрегатов должны быть введены амортизаторы.
Во всех случаях особое внимание уделяется расчету на прочность или проверке элементов конструкции, работающих под давлением и при повышенных температурах (газовые баллоны, трубопроводы, редукторы давления, реакторы для получения топлива и окислителя и т. д). Ресурс работы влияет на конструктивную схему ЭУ косвенно. Чем больше ресурс, тем большими при прочих равных условиях должны быть активные поверхности ТЭ, которые уменьшаются со временем, н тем больше одновременно требуется запас топлива и окислителя. Стремлением рационально распределить площадь электрода в ТЭ н разместить запасы топлива и окислителя и определяют часто конструктивную схему ЭХГ.
Лнглийскал фирма «Хлорайд электрикал стейдж» работала над водородно-кислородными ЭХГ с циркулирующим электролитом, которые должны были работать без обслуживания в течение 6 мес. Элементы по конструкции были похожи на аккумуляторы. в крышке корпуса укреплены электроды — четыре водородных и пять кислородных.
Батарея имеет 16 таких ТЭ. Водород хранится в двух баллонах, кислород в одном. Батарея заключена в цилиндрический контейнер, к котооому присоединены баллоны с Н., О, и Н» Батарея ТЭ в воде весила 150— 200 Н н могла транспортироваться двумя водолазами 1Пироко распространены фильтр-прессовые конструкции батарей ТЭ вЂ” сжатые в единый корпус отдельные ТЭ.
С целью уменьшения стоимости ЭХГ помимо снижения расхода дорогих катализаторов имеется тенденция к широкому использованию сортового проката, труб н листов; конструкция деталей н узлов должна приспосабливаться к возможности изготовления наиболее прогресспвнымп технологическими приемамн; широко внедряются детали нз полимеров и т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
