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 ТАРЖЕТ).
Габаритными параметрами объекта определяются также точки закрепления ЭУ или отдельных ее систем, а также присоединительные места различных магистралей, цепей управления и силовых цепей.
Существенно влияют на выбор конструктивной схемы требования прочности, ударо - и вибростойкости (конструкция корпусных деталей, применение амортизирующих элементов и т. д.). Диапазон используемых конструктивных решений и степень их сложности весьма широки.
Если стационарные ЭУ могут быть закреплены на сварной раме или 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 или замкнутую конструкцию, они должны 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, и тем больше одновременно требуется запас топлива и окислителя. Стремлением рационально распределить площадь электрода в ТЭ и разместить запасы топлива и окислителя и определяют часто конструктивную схему ЭХГ. Английская фирма «Хлорайд электрикал стейдж» работала над водородно-кислородными ЭХГ с циркулирующим электролитом, которые должны были работать без обслуживания в течение б 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 котопому присоединены баллоны с Н2, 02 и N2. Батарея ТЭ в воде весила 150— 200 Н и могла транспортироваться двумя водолазами. Широко распространены фильтр-прессовые конструкции батарей ТЭ — сжатые в единый корпус отдельные ТЭ.
С целью уменьшения стоимости ЭХГ помимо снижения расхода дорогих катализаторов имеется тенденция к широкому использованию сортового проката, труб и листов; конструкция деталей и узлов должна приспосабливаться к возможности изготовления наиболее прогрессивными технологическими приемами; широко внедряются детали из полимеров и т. д.
В работах фирмы «Пратт энд Уитни» при создании ЭХГ типа РС12 для работы под водой было достигнуто существенное снижение стоимости за счет уменьшения количества катализатора, увеличения использования по
лимерных материалов и замены некоторых специальных вспомогательных агрегатов промышленными.
Необходимость обеспечить взрывобезопасность ЭХГ (см. § 9.1) влияет и на его компоновку. Следует отметить, что ЭХГ может быть не только инициатором взрыва, но и источником взрывоопасной смери. Поэтому компоновка ЭУ должна обеспечивать хорошую вентилируе - мость всего занимаемого объема, отсутствие карманов, где могут скопиться горючие газы, или их заполнение инертными материалами. Вентиляция должна быть рассчитана и устроена таким образом, чтобы обеспечивалось надежное удаление взрывоопасных сред, натекающих через соединения и стенки агрегатов и магистралей.
Для обеспечения бесшумности в разработке фирмой «Юнион карбайд» для армии США гидразино-воздушной ЭУ с номинальной мощностью 600 Вт используются, например, специальные решения, несмотря на то, что они могут усложнить и утяжелить конструкцию. Так, фирмой для привода вентилятора были применены двигатель переменного тока и инвертор для его питания вместо агрегата постоянного тока, что обеспечивало максимальную бесшумность, несмотря на некоторый проигрыш в массе.
Существенное влияние на конструктивную схему оказывают санитарно-гигиенические требования. Дело не только в необходимости рационального размещения «санитарно-грязных» агрегатов, например дожигателей вредных примесей, остающихся после конверсии жидких углеводородов. Главная сложность заключается в том, что по санитарно-гигиеническим нормам многие синтетические материалы не допускаются к применению в замкнутых объемах, где длительное время находятся люди, а применение других строго ограничено (эпоксидные смолы, химически и термически стойкие резины и пр.). Поэтому часто приходится отказываться от известных, апробированных конструктивных решений (па - пример, заливка батареи ТЭ пеноэпоксидами) или принимать меры к ограничению применения какого-либо материала (резиновые трубки заменять фторопластовыми, а для соединения последних разрабатывать и исследовать специальные конструкции).
В заключение кратко остановимся на характеристиках конструкционных материалов, применяемых в ЭХГ (кроме материалов собственно электродов): черные ме - 396 таллы, цветные металлы и сплавы, благородные металлы, пластмассы и пресс-материалы, резины, минеральные, керамические и стеклянные материалы, бумажные и текстильные материалы.
Из черных металлов используются главным образом углеродистые, легированные и нержавеющие конструкционные стали. Углеродистые стали идут на изготовление силовых конструкций, корпусов, подставок, не подверженных воздействию агрессивных сред. Способы защиты от атмосферных воздействий и коррозии тради- ционны.
Из углеродистых и легированных конструкционных сталей изготавливают крепеж, арматуру трубопроводов, детали различных вспомогательных агрегатов, не подверженных воздействию агрессивных сред или контактирующих с последними случайно. В этом случае широко применяются защитные металлические покрытия: цинкование, никелирование, хромирование.
Для деталей, соприкасающихся с агрессивными средами и подверженных при этом значительным нагрузкам (реакторы системы хранения и подготовки реагентов, резервуары под давлением, напорные трубопроводы, агрегаты системы обслуживания и т. д.), или когда условия внешней среды весьма неблагоприятны (морская вода, морской туман, высокая влажность при повышенных температурах), в ЭХГ широко применяются нержавеющие стали. Для повышения коррозионной стойкости вводят никелирование деталей.
Из цветных металлов наиболее широкое применение в ЭХГ получил никель. Он пригоден для работы практически со всеми агрессивными средами, действующими в ЭХГ. Однако он относительно дорог, дефицитен, имеет ограниченный сортамент и более низкие, чем у нержавеющей стали, механические свойства.
Никель можно заменить титаном. Он легче никеля и прочнее. Однако ограниченный сортамент, технологические сложности при изготовлении деталей, а также способность образовывать с другими металлами термоэлектрические пары пока препятствуют широкому внедрению этого материала.
И л М - ?г*л :■ - л - Г -
Д /ЧГ ытдиг Я Мл ц
й’-:.aT4-ч О г сНт>-*'- . ■
. *’ ;Ыпп ТЭТ' ?=•””' те?)
Ж
ГЛАВА ДЕСЯТАЯ