aip技術(shù)的原理及特點(diǎn)

熱心網(wǎng)友：各種AIP技術(shù)原理及裝置的組成閉式循環(huán)柴油機(jī)AIP（CCDAIP）該系統(tǒng)以閉式循環(huán)柴油機(jī)為發(fā)電機(jī)原動(dòng)機(jī)。為使柴油機(jī)在沒(méi)有空氣供氣狀況下工作，必須提供模擬空氣成份的進(jìn)氣氣體，使柴油機(jī)發(fā)火燃燒工作。為此，將柴油機(jī)排出的廢氣經(jīng)CO2吸收器吸收部分CO2氣體，廢氣中未被吸收部分氣體再加入適量氧氣，即組成人造大氣。但由于這種人造大氣中CO2含量總比新鮮空氣多，使人造空氣的比熱值低于正?？諝?，為保證一般標(biāo)準(zhǔn)柴油機(jī)在閉式循環(huán)狀態(tài)下正常工作，一般在再循環(huán)的氣體中加入適量單原子氣體氬，使混合成的人造大氣與正?？諝獗葻岜戎狄恢?。這樣柴油機(jī)即可在閉式循環(huán)狀態(tài)下正常工作，也可以在開(kāi)式空氣供應(yīng)時(shí)正常工作，實(shí)現(xiàn)開(kāi)、閉合用。為了高效地吸收柴油機(jī)廢氣中的CO2，應(yīng)首先將溫度為350～400℃、壓力為0.2～0.5Mpa的廢氣噴淋冷卻至80～100℃。再將冷卻后的廢氣送進(jìn)CO2海水吸收器中，讓海水充分溶解吸收CO2氣體，而其他成分氣體在吸收器中吸收量很少。經(jīng)這種“洗滌”后的廢氣進(jìn)入混合室與氧氣、氬氣混合后再循環(huán)。而溶有大量CO2的海水經(jīng)海水處理系統(tǒng)（WMS），排出舷外。海水處理系統(tǒng)利用深水能量，不需消耗較多能量而將較低壓力的海水（2～5 bar）排放到深水中（如下潛300 m則為30bar），而水泵耗功只用于克服流動(dòng)阻力，因此耗功少，整套裝置效率較高。為使整個(gè)AIP系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，設(shè)置計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，以控制水處理系統(tǒng)的海水流量，供氧量等，使整套系統(tǒng)適應(yīng)柴油機(jī)負(fù)荷、潛艇下潛深度的變化，保證正常工作。為保證氧氣供應(yīng)，CCDAIP設(shè)置一個(gè)較大容量的液氧罐（液氧貯存溫度-180℃）。由于氬氣消耗量很小，故AIP裝置中只要幾個(gè)較小容積的氬氣瓶就足夠了。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)AIP（SEAIP）斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)（SE）AIP以不依賴空氣的斯特林機(jī)（Stirling Engine）為發(fā)電機(jī)原動(dòng)機(jī)。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是一種外部加熱的連續(xù)燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)，它通過(guò)外部燃燒的高溫氣體經(jīng)加熱管加熱內(nèi)部循環(huán)的工質(zhì)（船用斯特林機(jī)通常用氦氣作循環(huán)工質(zhì)），內(nèi)部循環(huán)工質(zhì)受熱膨脹推動(dòng)活塞作功，使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸功率。為了使發(fā)動(dòng)機(jī)在無(wú)空氣條件下連續(xù)運(yùn)行，同樣需要連續(xù)不斷地供應(yīng)氧氣燃燒供應(yīng)熱量，因而SEAIP也裝有較大容量的液氧罐。為了排除燃燒后廢氣，有兩種方法可選擇。一種是利用廢氣壓力直接排到舷外海水，這需要較高的燃燒壓力（30 bar左右），且未燃燒的O2會(huì)隨廢氣直接排至舷外，導(dǎo)致未燃O2氣和來(lái)不及溶解的CO2氣冒至海面。另一種方法是象CCDAIP系統(tǒng)一樣，裝備排氣冷卻 O2海水吸收器及水管理系統(tǒng)，這樣裝置會(huì)比直接排出廢氣的辦法復(fù)雜些，但可使燃燒壓力降低，燃燒不隨潛深影響，不會(huì)產(chǎn)生氣泡航跡，隱蔽性較好。燃料電池FC（FCAIP）.德國(guó)已裝艇海試的燃料電池為氫氧燃料電池，其基本工作原理是靠氫和氧反應(yīng)直接產(chǎn)生電能而工作的，它唯一的副產(chǎn)品為水，這個(gè)過(guò)程正好與通過(guò)電解分解水的過(guò)程相反。燃料電池必須源源不斷地供應(yīng)氫和氧，為此，AIP裝置不僅要有較大容量的液氧罐，而且要有一個(gè)較大容量的液氫貯存罐，而液氫要比液氧貯存條件苛刻得多。3種AIP特點(diǎn)分析CCD-AIP中，柴油機(jī)本身幾乎無(wú)需作重大改進(jìn)，主機(jī)技術(shù)成熟，其他輔助系統(tǒng)問(wèn)題，如再循環(huán)氣體混成、廢氣的噴淋冷卻、CO2海水吸收原理、水處理系統(tǒng)的原理，有關(guān)單位已有研究，不存在較大技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。因而開(kāi)發(fā)CCDAIP能在技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)小，投資少（例如引進(jìn)一臺(tái)CCD只需150萬(wàn)美元），且可在我們工藝、工業(yè)水平能達(dá)到的情況下早日獲得。當(dāng)然，相對(duì)來(lái)說(shuō)，柴油機(jī)本身結(jié)構(gòu)噪聲和空氣噪音較大，但現(xiàn)代隔振技術(shù)完全可使柴油機(jī)經(jīng)隔振后噪聲指標(biāo)達(dá)到要求。由于水處理系統(tǒng)耗能少，因此CCDAIP系統(tǒng)效率可達(dá)35%。SE-AIP主機(jī)即斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，外部連續(xù)燃燒加熱工質(zhì)作功，因此結(jié)構(gòu)噪聲及空氣噪音比柴油機(jī)小，這是它一大特點(diǎn)。目前，我國(guó)已研制出75 kW斯特林原理樣機(jī)，其效率為35%。與柴油機(jī)相比，效率稍低，而其技術(shù)成熟程度存在較大差距，工作可靠性有待進(jìn)一步考驗(yàn)。目前存在較大難度的技術(shù)問(wèn)題尚需進(jìn)一步解決，如高性能加熱器材料、加熱器頭工作溫度均勻、工質(zhì)流動(dòng)均勻、工質(zhì)密封、功率調(diào)控、壓力燃燒等。因此，研制SEAIP必然投資較大（例如引進(jìn)一臺(tái)熱氣機(jī)需300萬(wàn)美元，一個(gè)艙段需要1億美元），技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)也比CCDAIP高。據(jù)稱，韓國(guó)引進(jìn)瑞典斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)后認(rèn)為40～70%零部件不能自己生產(chǎn)，結(jié)果否定了SEAIP方案。另?yè)?jù)消息，澳大利亞從瑞典購(gòu)買熱氣機(jī)做評(píng)估試驗(yàn)，3個(gè)月未達(dá)到額定功率，被否定。SEAIP研制周期相應(yīng)也會(huì)較長(zhǎng)。燃料電池具有最高的能量與重量比，效率高（達(dá)50～60%），而且?guī)缀跏遣划a(chǎn)生廢氣，可無(wú)聲航行。但在潛艇上貯存液態(tài)氫是有很大的技術(shù)難度。同時(shí)因?yàn)闅錃庖妆兹迹瑢?duì)使用氫的安全有嚴(yán)格要求，裝置中的膜要依賴美國(guó)進(jìn)口，國(guó)內(nèi)尚無(wú)生產(chǎn)能力。由此可見(jiàn)燃料電池技術(shù)難度大，工業(yè)基礎(chǔ)要求較高，要使燃料電池上艇作AIP動(dòng)力，需要很高的技術(shù)儲(chǔ)備，而我國(guó)對(duì)燃料電池的研究水平還比較低。所以，如果研制FCAIP，則研制周期較大（據(jù)估計(jì)，至少需要10～15年），投入經(jīng)費(fèi)也很大，例如引進(jìn)5 kW燃料電池，需3萬(wàn)美元，自己研制至少需要1億元人民幣，同時(shí)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)也大。