Файл: Хайдуков, О. П. Электрооборудование судов учебник.pdf

заряд аккумуляторов осуществляется с помощью электромашинных преобразователей переменного тока в постоянный или выпря­ мителей.

Для кислотных аккумуляторов заряды бывают: нормальный и первый.

Н о р м а л ь н ы й з а р я д является основным режимом заряда аккумулятора и производится током нормального зарядного ре­ жима в соответствии с паспортом аккумулятора.

П е р в ы й з а р я д производится токами, указанными в пас­ порте, в течение 25—50 ч в зависимости от длительности хранения батарей до пуска в эксплуатацию.

Признаком окончания заряда кислотного аккумулятора служит постоянство в течение 2—3 ч напряжения 2,6—2,7 В и плотности электролита 1,24—1,27, а также обильное газовыделение во всех элементах.

Кислотные аккумуляторы один раз в месяц должны быть заря­ жены током нормального заряда.

Для предотвращения преждевременного выхода из строя кис­ лотные аккумуляторы должны один раз в 6 месяцев подвергаться контрольно-тренировочному циклу. Во время этого цикла они за­ ряжаются и разряжаются, при этом устраняются обнаруженные недостатки и заменяются аккумуляторы недостаточной емкости. После окончания контрольно-тренировочного цикла аккумулято­

аккумуляторов и производится током нормального режима в те­ чение 7 ч в соответствии с паспортами аккумуляторов.

У с и л е н н ы й з а р я д применяется к аккумуляторам, в кото­ рых электролит заменен после глубоких разрядов, когда напря­ жение снижается ниже допустимой величины. Такой заряд длит­ ся в течение 12 ч двумя ступенями: первая ступень — в течение

рам, полученным в сухом виде, а также после их переборки и ре­ монта. Такой заряд выполняется 2—3 раза в следующем порядке: заряжают аккумулятор нормальным током в течение 6 ч; затем еще 6 ч током, равным половине нормального; разряжают акку­ мулятор током восьмичасового режима в течение 4 ч. После окон­ чания формовочного цикла осуществляют нормальный заряд ак­ кумулятора.

У с к о р е н н ы й з а р я д применяется в случае крайней необ­ ходимости, когда недостаточно времени для нормального заряда. Такой заряд производится в течение 4,5 ч, из них 2,5 ч двойным током нормального режима и 2 ч нормальным током.

152

Признаком окончания заряда щелочных аккумуляторов явля­

для конца заряда. Лучше всего режим заряда вести по времени. Во время заряда кислотных и щелочных аккумуляторов необ­ ходимо вести наблюдение за величинами напряжения и зарядно­ го тока, за температурой электролита (измерять каждый час), за плотностью электролита (у кислотных аккумуляторов), за исправ­ ной работой вентиляции. Результаты замера вносятся в аккуму­

ляторный журнал.

Аккумуляторы, периодически бездействующие (от 1 месяца до 1 года), могут храниться с электролитом: кислотные — в заряжен­ ном, щелочные — в разряженном или полуразряженном состоя­ нии. При хранении аккумуляторов в течение года и более их раз­ ряжают, опоражнивают от электролита и консервируют.

Новые типы аккумуляторов. Рассмотренные кислотные и ще­ лочные аккумуляторы допускают небольшую плотность разрядно­ го тока с активной поверхности пластин, имеют большой вес и объем, удельная энергия их невелика.

В настоящее время разработаны и применяются серебряно­ цинковые и золото-цинковые аккумуляторы, представляющие со­ бой одну из разновидностей щелочных аккумуляторов.

У серебряно-цинковых аккумуляторов в качестве положитель­ ного электрода служат пластины, состоящие из чистого серебра, а в качестве отрицательного — пластины из окиси цинка. Электроли­ том является раствор едкого калия в дистиллированной воде с плотностью 1,4. Отрицательные пластины помещены в защитные пакеты из пластмассы, которые хорошо пропускают электролит и задерживают металлические частицы. Электролит в химических реакциях аккумулятора участия не принимает. Поэтому количе­ ство электролита, необходимое для нормальной работы аккумуля­ тора, невелико, и аккумулятор может устанавливаться на рабочем месте как в вертикальном, так и в горизонтальном положении.

Рабочее напряжение серебряно-цинковых аккумуляторов в за­

допускают большую плотность разрядного тока, доходящую до 0,5 А/см2, с активной поверхности пластин. Это позволяет полу­ чить весьма большие токи от небольших аккумуляторов. Благо­ даря малому саморазряду заряженные серебряно-цинковые аккумуляторы могут храниться длительное время.

Важным положительным свойством таких аккумуляторов яв­ ляется возможность их работы в очень широком диапазоне темпе­ ратур от +70 до —30°С. При температуре —20°С емкость аккуму­ лятора составляет около 40%. Серебряно-цинковые аккумуляторы обладают способностью быстрого заряда, сравнительно не­ большим внутренним сопротивлением, могут работать в импульс­ ном режиме.

153

Удельная энергия серебряно-цинкового аккумулятора очень высока и соответствует 50 Вт-ч/кг, а у отдельных образцов дохо­ дит до 90 Вт-ч/кг. При одинаковой емкости заряда серебряно-цин­ ковые аккумуляторы в 2,5—5 раз легче и меньше по габаритам, чем обычные щелочные аккумуляторы.

Золото-цинковые аккумуляторы отличаются от серебряно-цин­ ковых тем, что в качестве положительного электрода у них ис­ пользуются пластины из золота.

Основными недостатками, ограничивающими применение се­ ребряно-цинковых и золото-цинковых аккумуляторов, являются их небольшой срок службы и высокая стоимость. На судах при­ менение таких аккумуляторов возможно для питания радиоаппа­ ратуры.

В связи с необходимостью понижения стоимости аккумулято­ ров и уменьшения их веса и габаритов в последнее время начали разрабатывать новые типы аккумуляторов: цинко-воздушный, ли- тий-никелевый, натриево-сернистый.

Цинко-воздушный аккумулятор не требует дорогостоящих ма­ териалов и обладает удельной энергией около 20 Вт-ч/кг. Для ус­ корения процесса заряда в аккумуляторе предусмотрено переме­ шивание электролита.

Литий-никелевый аккумулятор обладает удельной энергией порядка 25 Вт-ч/кг, но имеет малый ток заряда. В комбинации с никель-кадмиевым аккумулятором он может обладать хорошими

§ 35. Новые источники электроэнергии для судов

происходит с выделением большого количества тепла. При этом химическая энергия топлива превращается в тепловую.

Если рассмотреть современные способы получения электриче­ ской энергии, то можно обнаружить неоднократные превращения одного вида энергии в другой. На каждой ступени превращения происходят невосполнимые потери энергии. Действительно, при любом способе сжигания топлива химическая энергия его прев­ ращается в тепловую, но часть тепла уходит в окружающую сре­ ду. Далее тепловая энергия превращается первичным двигателем в механическую энергию, которая затем генератором преобразу­ ется в электрическую, но все эти преобразования неизбежно соп­ ровождаются дополнительными потерями энергии. Вот почему к. п. д. современной дизель-генераторной электростанции не пре­ вышает 40%, а турбогенераторной—25%.

,154

Двигатели внутреннего сгорания и турбины достигли в неко­ тором роде своего совершенства, и сколько-нибудь значительное повышение их экономичности в дальнейшем не предвидится.

Таким образом, для существенного повышения экономичности электростанций необходимо прежде всего исключить из общей цепи получения электроэнергии механическое звено, а в отдель­ ных случаях — и тепловое. Исключение механического звена поз­ воляет, кроме того, уменьшить эксплуатационные расходы, обус­ ловленные наличием подвижных частей, и упростить обслужива­ ние электростанции.

Способы прямого получения .электрической энергии из тепло­ вой и химической энергии топлива известны давно, но из-за целого ряда причин они долго не могли получить практического^ применения. Только в последние два десятилетия во многих раз­ витых странах ведется интенсивное исследование и разработка различных способов прямого преобразования энергии.

В перспективе на судах, в той или иной степени, могут найти применение четыре типа статических генераторов электроэнер­ гии: топливные элементы; магнитогидродинамические, термоэлект­

энергия топлива непосредственно превращается в электрическую, минуя тепловую ступень.

Для того чтобы лучше понять принцип действия топливного элемента, вспомним, как происходит процесс горения. К примеру, рассмотрим простейший случай горения, когда горючим является водород, а окислителем — кислород.

Как известно, поджигание топлива связано с предварительным разогревом горючего и окислителя до определенной температуры. При этом происходят следующие три реакции:

1)Н2^ Н + Н;

2)2Н +:2Н+ -1-2е~ (окислительная реакция);

3)0 2^ 0 +0 .

В результате этих реакций молекулы водорода и кислорода разрываются на атомы, а-атомы водорода распадаются на прото­ ны и электроны. Затем начинается процесс горения, который про­ текает с выделением большого количества тепла. Этот процесс можно условно представить в виде двух реакций:

4) О -f 2е~ 0= (восстановительная реакция);

5) 2Н++ 0 = -> Н20.

Подобным же образом происходит горение и любого другого топлива, но количество реакций будет значительно больше и оп­ ределяется сложностью химического состава топлива.

Внимательно просматривая весь процесс горения, нетрудно заметить, что электроны от атомов водорода все время переходят

-155

ление электронов от атомов горючего (окислительные реакции) происходили не за счет повышения температуры, а каким-то дру­ гим путем, например за счет специальной конструкции и катали­ тического действия электродов. В-третьих, нельзя допустить непо­ средственного протекания реакции (5). Для соединения ионов водорода с ионами кислорода можно использовать третье проме­ жуточное вещество, например электролит.

Все эти условия так или иначе выполняются в топливных эле­ ментах. Существуют топливные элементы с твердым, жидким и газообразным топливом. В качестве горючего могут использовать­ ся водород, окись углерода, природные газы, спирты, нефте­ продукты, альдегиды, углерод, щелочные металлы и другие ве­ щества. Окислителем могут быть кислород, хлор и некоторые кислоты.

В настоящее время наиболее перспективными и отработанны­ ми для практического применения являются топливные элементы с газообразным топливом, и в первую очередь с водородом и кис­

На водородном электроде молекулы водорода разлагаются на атомы, которые теряют свои электроны. Таким образом, на аноде образуется отрицательный потенциал. При замкнутой электриче­ ской цепи электроны с анода переходят на катод (электрический ток), где, соединяясь с атомами кислорода и с молекулами воды, образуют гидроксильные ионы ОН- . Гидроксильные ионы и явля­ ются носителями заряда внутри топливного элемента. Они свобод­ но проходят через электролит и соединяются с положительными

156