Масса общекорабельного электрооборудования

В этот раздел входит электрооборудование силовых сетей, различного рода преобразователи, пускорегулирующая аппаратура, оборудование сетей освещения, магистральный и местный кабель этих сетей и т.п.

Масса этого электрооборудования может быть определена как

P_ЭО = p_ЭО D,

где p_ЭО – безразмерный измеритель массы общекорабельного электрооборудования.

Анализ прототипов показывает, что измеритель

p_ЭО = , где

P_{ЭО 0} – масса электрооборудования ПЛ-прототипа,

D ₀ ­– водоизмещение ПЛ-прототипа,

достаточно невелик и стабилен для ПЛ одного назначения в пределах одного поколения. Таким образом, на начальных стадиях его можно принимать по статистике, p_ЭО = 0,04…0,06

Масса дифферентовочной и остаточной воды

Кроме обычной для всех судов массы остаточной воды в цистернах, при проектировании ПЛ необходимо учитывать наличие дифферентовочной воды в цистернах вспомогательного балласта (дифферентных и уравнительных).

Суммарная масса дифферентовочной и остаточной воды может быть найдена как

P_ДОВ = p_ДОВ D,

где p_ДОВ – безразмерный измеритель массы дифферентовочной и остаточной воды. По статистике, p_ДОВ = 0,005…0,01

Масса твердого балласта

Твердый балласт является обязательной принадлежностью любой ПЛ. Его наличие позволяет добиться статического равновесия погруженной ПЛ, т.е. добиться равенства сил веса и сил поддержания, как по величине, так и по плечам. Только наличие балласта позволяет удифферентовать лодку в подводном положении и придать ей необходимую величину остойчивости.

На ранних стадиях проектирования принято выражать массу твердого балласта как

P_ТБ = 0,02…0,04 D,

т.е. на долю балласта отводится от 2 до 4 процентов водоизмещения.

Запас водоизмещения

Как известно, запас водоизмещения делится на две составляющие – запас на проектирование и постройку и запас на модернизацию.

Величина запаса на проектирование и постройку зависит от стадии проектирования, близости параметров проектируемой ПЛ к выбранному прототипу, от объема имеющейся по прототипу информации, весовой дисциплины завода-строителя и контрагентов и т.п. проектных соображений. Запас на проектирование и постройку обычно принимается в пределах от 0,5 до 5 процентов от водоизмещения.

Величина запаса на модернизацию определяется планируемыми сроками и масштабами проведения модернизации ПЛ, направленной на поддержание ее боевого потенциала и боевой устойчивости. В тех случаях, когда величина запаса на модернизацию не задана Заказчиком в ТЗ, она может быть принята в пределах от 0,5 до 2 процентов от водоизмещения.

В тех случаях, когда к моменту выхода ПЛ на испытания запас на проектирование и постройку израсходован не полностью, его остаточная величина должна быть погашена приемом твердого балласта. Запас на модернизацию в процессе проектирования и постройки может расходоваться только в чрезвычайно редких случаях, в связи с чем с окончанием постройки он также должен быть погашен твердым балластом.

Определение масс, зависимых от водоизмещения в степени две трети

Масса дизельной установки

Дизельная установка ДЭПЛ должна обеспечить решение следующих задач в надводном положении и в режиме РДП (работы дизеля под водой):

• Ход ПЛ
• Зарядка батарей, желательно токами первой ступени
• Питание общекорабельных потребителей, работающих в этих режимах
• Продувание концевых цистерн главного балласта выхлопными газами из позиционного положения (при необходимости).

В состав дизельной установки дизель-электрической ПЛ, кроме собственно дизелей или дизель-генераторов, входят:

• Топливная система
• Масляная система
• Система охлаждения
• Система подачи воздуха к дизелям (ПВД)
• Система газовыхлопа
• Пусковые системы (пневматическая, гидравлическая и т.д.)

Существуют два способа передачи мощности дизельной установки на гребной вал (валы)

• Непосредственная передача мощности на вал (прямой привод)
• Передача мощности на генератор, вырабатывающий электроэнергию, с питанием этой энергией гребного электродвигателя, вращающего гребной вал (полное электродвижение).

На сегодня предпочтение отдается схеме полного электродвижения, как позволяющей свободно и оперативно маневрировать имеющимися мощностями, распределяя их между потребителями – гребным двигателем, зарядкой АБ, общекорабельными потребителями.

Необходимо отметить, что производить пересчет параметров с прототипов, имеющих установки с прямым приводом, на установки с полным электродвижением или в обратную сторону некорректно.

Масса дизельной установки очевидно зависит от ее мощности:

P_ДУ = p_ДУ N_ДУ,

p_ДУ= k₁ p_ДД

где p_ДУ – измеритель массы дизельной установки, т/кВт,

p_ДД – измеритель массы собственно дизельных двигателей, т/кВт, по статистике p_ДД = 0,013…0,016 т/кВт,

k₁ – коэффициент, учитывающий массу механизмов, устройств, систем и оборудования, обеспечивающих функционирование дизельных двигателей. По статистике,

k₁ = 1,8..2,0

N_ДУ – суммарная мощность дизельной установки, обеспечивающая в заданных режимах необходимую скорость хода, зарядку АБ и питание общекорабельных потребителей:

N_ДУ = N_Х + N_ЗАР + N_ОК + N_ПОТ

Здесь:

N_Х – мощность, необходимая на ход с заданной скоростью в заданном режиме.

N_ЗАР – мощность, необходимая на зарядку АБ

N_ОК ­– мощность, необходимая для питания общекорабельных потребителей

N_{ПОТ ­}– потери мощности в процессе передачи к потребителям (КПД установки)

На начальных стадиях проектирования мощность, затрачиваемая на ход, может быть определена по формуле адмиралтейских коэффициентов:

N_Х =

Где v_i и C_i – скорость хода в узлах и безразмерный адмиралтейский коэффициент соответственно для рассматриваемого режима.

Необходимо оценить мощность для двух режимов – надводного хода и хода под РДП.

Для режима надводного хода адмиралтейский коэффициент C_НАДВ рекомендуется принимать по статистике:

• в диапазоне 100..120 для ПЛ с осесимметричными обводами
• в диапазоне 190..200 для ПЛ с штевневыми обводами

Для режима РДП адмиралтейский коэффициент C_РДП рекомендуется принимать по статистике:

• в диапазоне 180..210 для ПЛ с осесимметричными обводами
• в диапазоне 95..115 для ПЛ с штевневыми обводами

В дальнейшем расчете, очевидно, необходимо использовать большую из двух найденных мощностей N_Х.

Мощность, необходимая на зарядку АБ, может быть определена как:

N_ЗАР = I_З U_З 10^-3 n_ЭЛГР

где

I_З – сила зарядного тока, А. Сила тока зарядки первой ступени обычно находится в пределах 2400…3600 А

U_З – напряжение, подаваемое при зарядке на один аккумулятор, В. Для свинцово-кислотных аккумуляторов это напряжение составляет 2,4 В

n_ЭЛГР – число элементов (аккумуляторов) в группе. Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи формируются из четного числа групп (2 или 4) не менее чем по 112 элементов в каждой. Обычно группы АБ заряжаются поочередно (одновременно только одна группа АБ).

При этом найденная мощность на зарядку будет постоянной и не будет зависеть от водоизмещения. Следовательно, может быть найдена масса двигателей, обеспечивающих эту мощность и не зависящая от водоизмещения. Эта масса должна быть добавлена к независимым массам, найденным ранее. С тактической точки зрения необходимо заметить, что чем выше будет мощность дизельной установки, тем быстрее будет производиться зарядка аккумуляторных батарей. Следовательно, ПЛ будет меньше времени находиться в весьма шумном режиме и больше – в скрытном режиме хода под батареей. В настоящее время в ТЗ зачастую задается так называемый коэффициент скрытности – отношение времени хода под РДП для зарядки батареи к времени хода под батареей, на определенных скоростях для обоих режимов. Используется также и обратная величина – коэффициент потери скрытности.

Мощность, необходимая для питания общекорабельных потребителей (N_ОК), по статистике составляет от 9 до 14 процентов мощности дизельной установки.

Потери мощности в процессе передачи к потребителям (N_ПОТ) составляют обычно около 3% общей мощности.

Масса гребной установки

Гребная установка дизель-электрической ПЛ обеспечивает движение ПЛ под водой за счет подачи электроэнергии от аккумуляторной батареи на гребные электродвигатели (ГЭД). В схемах с полным электродвижением гребная установка обеспечивает движение ПЛ во всех режимах эксплуатации и обычно выполнена по одновальной схеме. В схемах с прямым приводом при работе дизелей гребные электродвигатели работают в генераторном режиме, обеспечивая зарядку батареи и питание других потребителей. Такие установки обычно двух- или трехвальные.

В состав гребной установки, кроме собственно главного гребного электродвигателя, входят:

• гребной электродвигатель экономического хода (в некоторых установках)
• электродвигатели и оборудование резервного движительного комплекса (РДК)
• оборудование системы охлаждения ГЭД и щитов

Масса гребной установки зависит от ее мощности:

P_ГУ = p_ГУ N_ГУ,

p_ГУ= k₂ p_ГЭД

где p_ГУ – измеритель массы гребной установки, т/кВт,

p_ГЭД – измеритель массы собственно главного гребного электродвигателя, т/кВт, по статистике p_ГЭД = 0,014…0,016 т/кВт,

k₂ – коэффициент, учитывающий массу механизмов, устройств, систем и оборудования, обеспечивающих функционирование гребных электродвигателей. По статистике, k₂ = 1,25..1,35

N_ГУ – суммарная мощность гребной установки, обеспечивающая заданную в ТЗ скорость полного подводного хода.

На начальных стадиях проектирования мощность, затрачиваемая на ход, может быть определена по формуле адмиралтейских коэффициентов:

N_ГУ = ,

Где v_ППХ и C_ППХ – скорость полного подводного хода и адмиралтейский коэффициент для этой скорости соответственно. Коэффициент C_ППХ может быть пересчитан с прототипа.