闭式循环柴油机系统

工业设备

闭式循环柴油机系统是工业设备。系统用潜艇自带的氧气代替空气中的氧，改善循环气体的燃烧质量。柴油机技术成熟，性能比较可靠。

工作原理

将废气中的二氧化碳经过冷却和吸收后排到艇外，部分二氧化碳作为工质参加循环工作；同时用氩气取代空气中的氮气，改善循环气体的燃烧质量。

工作原理系统简图如下所示

其具体工作流程是：将氧气和氩气以及部分燃烧后排气按一定比例混合成相当于空气成分的气体输入到柴油机的气缸中，然后柴油与氧气发生燃烧反应，产生的热能推动活塞运动进而带动曲轴运转，产生机械能。燃烧后的废气从柴油机排出，温度大约在350-400℃ 之间，主要成分是二氧化碳、水蒸气、氩气和部分氧气。这些废气经过喷淋冷却器被冷却到100℃左右，其中的水蒸气被冷却成水，剩余废气进入一个吸收器。二氧化碳与吸收器喷淋的海水混合并被吸收，由海水管理系统排出艇外。这套系统与柴油机的工作深度、潜艇下潜深度均无关系。部分经过处理的废气补充氧气和氩气后，再进入柴油机参加循环工作，整个过程均使柴油机在闭式循环的工况下工作，可由一台中央计算机控制并管理。

实现重难点

其一，是将废气中的水蒸气和二氧化碳排出是实现闭式循环的关键所在。其中水蒸气可以通过冷却成水加以解决，但是二氧化碳的吸收排除却是难中之难，主要方法是碱溶液吸收法、再生吸收剂吸收法和海水溶解法，其中最好的应是海水溶解法，原料取之不竭，用之方便，实现难度较小。

其二，是使柴油机在使用循环气体的情况下能保证足够的燃烧质量，产生足够大的功率。虽然循环气体中的二氧化碳经过吸收排除，但是整个循环气体中二氧化碳的浓度依然很高，势必影响柴油机的效率，因此通过加入少量氩气来克服。

优点与缺点

优点

寿命长，此AIP系统所用柴油机可以是标准的潜艇用柴油机，制造和装配技术非常成熟，工作寿命要比其他AIP系统的主机时间长；燃料可以通用，此 AIP 系统所用柴油与普通常规潜艇所用的一样，可广泛采购，不存在后勤供应问题；随时可以在闭式循环和开式循环两种工况下进行自由转换，因为该系统所用柴油机与普通柴油机一样，所以可以进行自由转换，增加潜艇使用的灵活性；由于可以使用大量成熟技术，且水上、水下均可使用，耗油率较低，维修费用相对较低，因此是AIP系统中最经济的一种形式；工作不受潜艇下潜深度影响。

缺点和不足

工作效率低、氧气消耗量大、排出的热量多，按13000海里的续航能力计算，一艘209型潜艇采用燃料电池仅需携带15吨左右的液氧，而采用闭式循环柴油机、则需30吨左右的液氧；产生的噪声大，闭式循环柴油机采用的是普通柴油机，系统的运动部件较多，工作过程中机械运动产生的噪声较大，虽然可以采取降噪技术将噪声降低到安静航行时的水平，但是总体上比采用燃料电池噪声要大；系统输出功率受到限制，因为受到潜艇的噪声控制指标的限制，一般要求每台普通柴油机的输出功率≤500千瓦，因此闭式循环柴油机的输出功率很难再增加。

德国、荷兰、意大利和英国都在积极开发研制此类AIP系统。1993年，德国在退役的205级潜艇U-1号上成功试验了250千瓦的闭式循环柴油机系统，并将眼光投向大量出口国外的209型潜艇的改装上，拟用一个附加耐压舱段来安装AIP系统，以插入方式加到209潜艇中，这样可使潜艇水下最高航速不变，水下续航时间增加4-5倍，水下4.5节航速可连续航行386小时，续航力接近1800海里。荷兰和意大利也先后成功试验了闭式循环柴油机系统，准备用于对现役潜艇进行改装或用于新建的常规动力潜艇。

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