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雙登蓄電池潛艇上的使用
發布時間:2022-02-09   瀏覽次數:132

增加雙登蓄電池的貯電量意味著依靠雙登蓄電池功率進行水下航行的潛艇能有比較長的潛航時間。目前有些潛艇雙登蓄電池的充電時間已經比較短,由于需要充電而帶來的水面暴露率已大為減少。
? 潛艇雙登蓄電池現在采用的是已經成熟的鉛酸雙登蓄電池技術。其雙登蓄電池由單個雙登蓄電池塊組合而成。每塊高約1米或1米以上,約750千克?,F代潛艇需要使用的雙登蓄電池多達480塊,由兩組各240塊雙登蓄電池串接而成。這就是說,雙登蓄電池的可靠性??和制造上的一致性非常關鍵,一塊雙登蓄電池損壞會影響整個雙登蓄電池組。
?第一艘使用鉛酸雙登蓄電池的潛艇是“荷蘭1”號潛艇。該艇1901年下水,由60塊鉛酸雙登蓄電池驅動。每塊雙登蓄電池重413千克,裝在襯鉛的木盒中。4小時放電的儲電量為1940安時(4.7安時/千克)。
?“荷蘭1”號潛艇于1913年沉沒,1982年從埃丁斯通燈塔外的海底打撈出海。其中有些雙登蓄電池為1908年安裝。經送至制造廠清洗、注入電解液和充電后,盡管它們淹沒海底已69年,但仍能以20安放電15小時。
?1910年左右出現了粉末氧化物(MilledOxide)。利用粉末氧化物發展了涂漿正極板雙登蓄電池。涂漿正極板雙登蓄電池于1914年開始在英國海軍的E級潛艇上使用。較之在“荷蘭”級潛艇上使用的“燈線盒”正極板雙登蓄電池來說,其??貯電量翻了一番。
?早期的涂漿正極板雙登蓄電池裝在烏木盒中,重約402千克,4小時放電的貯電量為3810安時(9.5安時/千克)。在第一次世界大戰中,英國潛艇使用氯化物公司的涂漿極板雙登蓄電池,每月平均航行10000海里,雙登蓄電池沒有出現過任何事故。
??20年代開始使用一種新型雙登蓄電池,即管形正極板雙登蓄電池。英國潛艇在1921年至1943年間使用這種雙登蓄電池。1943年,英國海軍潛艇開始使用扁平涂漿正極板雙登蓄電池。這種雙登蓄電池的貯電量當時為123安時/千克,而管形正極板雙登蓄電池的貯電量只為10安時/千克,貯電量提高了23%。以后,英國海軍和世界其它國家海軍繼續使用涂漿正極板雙登蓄電池。這些雙登蓄電池在過去50年中證明極為可靠、有效。有些雙登蓄電池的貯電量已經達到19安時/千克。
??扁平涂漿正極板雙登蓄電池和管形正極板雙登蓄電池仍然是潛艇使用的兩種主要雙登蓄電池。而對現代海軍如IKL209級這樣的潛艇來說,有明鮮偏愛管形正極板型雙登蓄電池動向。
??扁平涂漿極板由鉛合金的格柵組成。這種格柵帶有由氧化鉛和硫酸壓成矩陣的漿狀活化物質。
??管形正極板由一系列周圍有二氧化鉛的鉛脊椎組成。鉛脊椎由可以通過酸的外管保持。最初,這些管是木制的,上面有槽可使酸液進入。以后,這些管由多孔纖維管取代。
??涂漿正極板雙登蓄電池在雙登蓄電池高度達到800毫米時有增加貯電量的趨勢。涂漿正極板容易生產,銷售價比管形正極板低。管形極板有比較好的循環能力,但涂漿極板在最繁重的柴油機電力推進潛艇中使用多年,表明它同樣是牢實的。
??然而,管形雙登蓄電池的內阻,當雙登蓄電池高度較高時比扁平極板雙登蓄電池低。因此,當高度較高時,管形雙登蓄電池的性能比較好。在極板高度不到800毫米時,管形雙登蓄電池沒有真正的優勢。但在極板高度為800毫米至1200毫米時,管形雙登蓄電池的優點就開始顯露出來,其程度與所需的確切的技術規格有關。在極板高度高于1200毫米時,管形雙登蓄電池明顯地好于扁平極板雙登蓄電池。
??管形正極板雙登蓄電池和扁平涂漿正極板雙登蓄電池的負極板均扁平形。這些負極板用傳統的鉛合金鑄件。而對現代高性能雙登蓄電池,采用鍍鉛的具有高導電率的延展銅篩網極板比較有利。與鉛比較,銅的高導電率在高放電率時性能有很大改進,特別是對放電時間為5小時或不足5小時時。雙登蓄電池重量也稍有所減少。就整個裝艇的雙登蓄電池而論,其雙登蓄電池總重能減少5噸。這對于新建潛艇,可能會節省一些排水量,但如果用于對現役潛艇進行現代化改裝,則可能需要壓載來保持潛艇的均衡。
??在使用銅的負極板時可能會有風險,因為銅如果進入電解液,就可能污染雙登蓄電池。當串接的雙登蓄電池鏈中如果有一塊雙登蓄電池比其它雙登蓄電池弱,這種情況就會出現。在放電時,這塊雙登蓄電池就可能激勵為具有相反的極性。隨著雙登蓄電池電壓的下降,這塊弱雙登蓄電池的電壓就會先于其它雙登蓄電池達到零。由于此時它將在低于零的電壓下激勵,因此負極板將變為正極板。如果出現這種情況,銅就可能進入電解液,然后在重新充電時重新沉積在鉛負極表面上。然而,如果能對每塊雙登蓄電池的電壓進行監視,作到對雙登蓄電池中的弱雙登蓄電池塊進行預先報警,那么這種風險也會減少到最低限度。
??目前,對雙登蓄電池中的每塊雙登蓄電池有增加自動監視電壓的趨勢(以前是監視雙登蓄電池組的電壓),可望使負極板采用銅,以充分發揮其作為負極板的優勢。
??極板的支承方法是選用雙登蓄電池時要考慮的重要因素。許多雙登蓄電池的極板由雙登蓄電池底部支撐,但也有一些極板采用懸吊結構。懸吊結構在使用時有優良的抗沖擊、抗振動性能,也較少出現沉積或碎片橋接隔板引起內部短路,因為在極板和雙登蓄電池底部之間空間比較分明。極板采用懸吊結構要求雙登蓄電池的殼體有比較結實的結構來支持極板的重量。當然,殼體結實對雙登蓄電池在運輸和安裝過程中能起保護作用,還能在使用時更耐沖擊。
??在充電時雙登蓄電池內要離析出氫氣。為此,要求雙登蓄電池罩通風以避免氫氣出現爆炸濃度。同時還需定期加注電解液以代換在氣體生成期內由于產生氫、氧而失去的水??赏ㄟ^仔細選擇極板合金的配方來減少開路氫的離析。這還能減少驗收費用。
??所有雙登蓄電池都需要某種攪動,特別是對比較高的雙登蓄電池,為了防止酸的分層,這種攪動尤為必要。解決此問題的一種方法是采用空氣攪動系統??諝鈹噭酉到y由兩只同心管組成。內管伸至雙登蓄電池中部。低壓空氣通過內管引入并經外管返回至電解液表面,從而將電解液攪動。工作后的空氣最后經由正常的壓力釋放孔放出。
??雙登蓄電池有時還需要內部冷卻。內部冷卻可使用空心組條把極板互相連接起來實現。去離子冷卻水通過這些組條循環,并經由外端子柱流入、流出。
??在潛艇上監視雙登蓄電池經常還采用人工方法。這對由幾百塊單體雙登蓄電池組成的柴油機電力推進潛艇雙登蓄電池組來說無疑是極端浩繁而瑣細的勞作,因為每塊雙登蓄電池都需要定期地檢查酸位、比重和電壓。
??合適的全自動監視系統有一套自成體系的探極。探極通過螺紋擰入雙登蓄電池體的頂部,能不斷監視某些或全部關鍵參數,如雙登蓄電池電壓、電解液溫度、比重和電解液液位等。探極連接中心處理裝置。中心處理裝置監視、記錄雙登蓄電池信息并進行計算。如上述要測量的參數的數據超過設定值還會報警。測得的數據其后用于繪制柱狀圖,以對雙登蓄電池狀況提供有價值的信息,以及對正在惡化的每塊雙登蓄電池進行預先報警。
??另外,好的監視系統還能提供有價值的運行數據,如指示雙登蓄電池尚余的工作時間等。這也表明,對于柴油機電力推進潛艇,只要在服役期內將雙登蓄電池正確調定,只有溫度、雙登蓄電池電壓和電解液液位需要了解,以便給出精確的雙登蓄電池狀況圖。然而,多年來,比重是要監視的關鍵參數之一。雖然已經發展了合適的技術,但用電子手段來對其作精確的測量還是非常困難的。
??對未來潛艇雙登蓄電池,特別是對裝不依賴空氣的動力裝置(AIP)的潛艇有深刻影響的發展是所謂“匆需保養的密封鉛酸雙登蓄電池”,更確切地說是“低保養閥調節鉛酸雙登蓄電池”。
??低保養閥調節鉛酸雙登蓄電池中效率最高的一種是使用電解液重組技術將在充電期間生成的氣體降到最低限度,這樣就不必檢查電解液液位和對電解液進行灌注。這項技術現在在固定式雙登蓄電池中用得很好,且已擴展到國防領域,如用于坦克、戰車、軍用飛機和民用飛機等。
??這種雙登蓄電池可在雙登蓄電池充電時將正常離析出的氫和氧在雙登蓄電池內重組而成水。因此,所放出的可爆炸的氫氣比普通的溢流雙登蓄電池放出的氫少2%。水的損失也有類似的減少。平常所用的注入塞還用減壓安全閥取代。如果出現內壓,可通過減壓安全閥將氣體排出。
??這種雙登蓄電池所需的通風空間也減少了,雙登蓄電池也能作得比較緊湊,雙登蓄電池艙也能減少。
??重組過程依靠在雙登蓄電池極板間使用多微孔隔板。這些隔板吸附喜酸的吸紙(blottingpaper),使它與極板接觸。這就消除了酸的飛濺和溢出。
??閥調節鉛酸雙登蓄電池的貯電量正在不斷提高。每塊額定容量達1500安時的雙登蓄電池組已經研制成功。而典型的潛艇雙登蓄電池需要的容量為5000安時至10000安時。這種閥調節鉛酸雙登蓄電池可構成一個系列,用于小型的深潛器,進行各種各樣的充、放電循環。
??雖然帶鉛負極板的扁平涂漿極板雙登蓄電池對于潛艇雙登蓄電池來說是嘗試性和試驗性的,但對管形雙登蓄電池有日益增長的要求。采用比較先進的艇用雙登蓄電池監視系統,可對銅負極板提供的性能改進進行利用,從而“無保養雙登蓄電池”可望在不久的將來在潛艇上使用。???


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