Энергетическая установка подводной лодки


 


Владельцы патента RU 2435699:

Закрытое акционерное общество Научно-производственное внедренческое предприятие "Турбокон" (RU)
Открытое акционерное общество "Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения "Малахит" (RU)

Изобретение относится к судостроению и касается создания энергетической установки подводной лодки. Эта установка имеет заключенные в корпусе подводной лодки систему хранения и подачи жидких топлива и кислорода, камеру сгорания высокого давления, паровой котел, паропровод, соединяющий паровой котел с высокотемпературной паровой турбиной, генератор, конденсатор пара с деаэратором, а также эжектор, теплообменники, насосы, трубопроводы и арматуру. Энергетическая установка снабжена высокотемпературным пароперегревателем, сепаратором, компрессором и абсорберами. К высокотемпературному пароперегревателю подведены трубопроводы подачи жидкого топлива и кислорода, а также паропровод с расходом водяного пара 10-20% от суммарного количества пара, производимого паровым котлом, а отведен паропровод перегретого пара, который соединен с паропроводом перед высокотемпературной паровой турбиной. Трубопровод неконденсирующихся газов после конденсатора и эжектора подведен к сепаратору, который посредством газопровода и компрессора соединен с одним абсорбером, а трубопровод отработавших газов после парового котла подведен к другому абсорберу. Абсорберы с помощью трубопроводов и насосов сообщены с забортным пространством подводной лодки. В установке трубопровод отработавших газов после парового котла до абсорбера может быть последовательно соединен с теплообменниками, которые установлены на трубопроводах подачи жидких топлива и кислорода в камеру сгорания высокого давления. Изобретение позволяет повысить эффективность и коэффициент полезного действия энергетической установки посредством повышения температуры водяного пара перед его поступлением в паровую турбину, а также снизить вероятность обнаружения подводной лодки. 1 з.п. ф.-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики, а именно к энергетическим установкам, и может быть использовано для производства электроэнергии и тепла.

Известно устройство по патенту РФ 2376481 «Электрогенерирующий комплекс с комбинированным топливом», содержащее паровую турбину, паровой котел, конденсатор, высокотемпературный водородный пароперегреватель, установку для производства кислорода, установку для паровой конверсии природного газа в водород, теплообменники, трубопроводы, арматуру.

Недостатком этого комплекса является невозможность его эксплуатации в замкнутом пространстве подводной лодки из-за ограниченных запасов воздуха.

Известна энергетическая установка французского проекта MESMA, (УДК: 629.5.073.4, книга «Подводные лодки с анаэробными энергетическими установками», автор Э.Л.Мышинский, г.Санкт-Петербург, ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова, 2006 г., стр.65), которая содержит систему хранения жидких топлива и кислорода, камеру сгорания высокого давления, паровой котел, паровую турбину, конденсатор, насосы, теплообменники, трубопроводы и арматуру.

Недостаток описанной в вышеупомянутой книге анаэробной энергетической установки подводной лодки (ПЛ) заключается в том, что продукты сгорания выводятся за борт подводной лодки без предварительного растворения. Нерастворенные продукты сгорания являются признаками, по которым можно определить наличие, местонахождение, курс ПЛ, т.е. демаскировать ПЛ.

Кроме того, температура водяного пара, генерируемого в паровом котле, ограничена температурой разрушения теплообменных труб котла. Передача тепла топлива перегретому пару через стенки теплообменных труб при высоком давлении пара внутри них возможна при умеренных температурах и в настоящее время не превышает 600-620°С, это ограничение не позволяет повысить энергетическую эффективность установки.

Задача изобретения заключается в повышении эффективности энергетической установки ПЛ, коэффициента полезного действия, а также в улучшении скрытности ПЛ.

Задача решена тем, что энергетическая установка ПЛ, содержащая заключенные в корпусе ПЛ систему хранения и подачи жидкого топлива и кислорода с трубопроводами подачи их в камеру сгорания высокого давления, паровой котел, паропровод, соединяющий паровой котел с высокотемпературной паровой турбиной, генератор, конденсатор пара со встроенным деаэратором, эжектор, теплообменники, насосы, трубопроводы и арматуру, согласно изобретению, она снабжена высокотемпературным пароперегревателем, сепаратором, компрессором и абсорберами, причем к высокотемпературному пароперегревателю подведены трубопроводы подачи жидкого топлива и кислорода, а также паропровод с расходом водяного пара 10-20% от суммарного количества пара после парового котла, а отведен паропровод перегретого пара, который соединен с паропроводом перед высокотемпературной паровой турбиной, при этом трубопровод неконденсирующихся газов после конденсатора и эжектора подведен к сепаратору, который посредством газопровода и компрессора соединен с одним абсорбером, а трубопровод отработавших газов после парового котла подведен к другому абсорберу, причем абсорберы посредством трубопроводов и насосов сообщены с забортным пространством подводной лодки.

Кроме того, трубопровод отработавших газов после парового котла, до абсорбера последовательно соединен с теплообменниками, которые установлены на трубопроводах подачи жидких топлива и кислорода в камеру сгорания высокого давления.

Сжигание топлива с кислородом в среде водяного пара в высокотемпературном пароперегревателе позволяет подвести тепло к пару непосредственно, а не через стенку теплообменных труб, находящихся под давлением. При этом можно получить пар с существенно более высокой температурой и, следовательно, повысить коэффициент полезного действия энергоустановки, уменьшить расход топлива, увеличить длительность движения ПЛ без всплытия на поверхность.

Топливо с кислородом целесообразно сжигать не во всем потоке пара, а в части (10-20%) потока пара, так как при большем количестве пара уменьшается концентрация компонентов топлива и увеличивается доля несгоревшего топлива, что неблагоприятно сказывается на экономичности установки и на работе конденсатора, куда поступает неконденсирующийся газ (кислород и пары топлива).

За счет абсорберов наилучшим образом реализованы параметры, сопутствующие растворению газа, образовавшегося после сгорания топлива в высокотемпературном пароперегревателе и в камере сгорания парового котла: увеличение давления, площади и времени контакта газа с водой. В соответствии с законом Генри количество растворенного в воде газа пропорционально давлению его над поверхностью воды. После абсорберов нерастворенная часть углекислого газа будет отсутствовать или существенно уменьшится.

Предложенное техническое решение энергетической установки за счет введения в ее состав высокотемпературного пароперегревателя позволяет повысить температуру пара перед подачей в турбину до 800-900°C, что позволит увеличить коэффициент полезного действия установки, ее эффективность. Введение сепаратора и абсорберов позволяют разделить газовую и жидкую фазы неконденсирующихся газов после конденсатора и эжектора и растворить газовую фазу при помощи абсорбера в забортной воде, откачав ее насосом за борт подводной лодки, что благоприятно сказывается на скрытности ПЛ.

Техническое решение энергетической установки пояснено чертежом, на котором изображена принципиальная схема энергетической установки.

Энергетическая установка подводной лодки содержит заключенные в корпусе 1 ПЛ систему 2 хранения и подачи жидких топлива и кислорода, камеру сгорания высокого давления 3, паровой котел 4, высокотемпературный пароперегреватель 5, высокотемпературную паровую турбину 6 с генератором 7, конденсатор пара 8 со встроенным деаэратором, эжектор 9, сепаратор 10, компрессор 11, абсорберы 12, 13, теплообменники 14, 15. Энергетическая установка ПЛ содержит также паропровод 16 подачи пара от парового котла с расходом 10-20% от суммарного количества пара после парового котла к высокотемпературному пароперегревателю 5, для чего на паропроводе 17, соединяющем паровой котел 4 с турбиной 6, установлено регулирующее устройство, трубопроводы 18 жидкого топлива и кислорода, трубопровод 19 отработавших газов из парового котла, трубопровод 20 отработавшего водяного пара и неконденсирующихся газов, трубопровод 21 неконденсирующихся газов, трубопровод конденсата 22, трубопровод 23 забортной воды, другие трубопроводы и арматуру.

Устройство работает следующим образом.

Из системы 2 хранения и подачи жидкого топлива и кислорода последние, испаряясь в теплообменниках 14, 15, поступают в камеру сгорания высокого давления 3. Продукты сгорания поступают в паровой котел 4. Из парового котла 4 отработавшие газы по трубопроводу 19 поступают в абсорбер 13 и, растворяясь в забортной воде, при помощи насоса откачиваются за пределы корпуса 1 ПЛ. Образованный в котле 4 водяной пар максимально достижимой температуры поступает в паропровод 17. Часть пара при помощи регулирующего устройства, установленного на паропроводе 17, в количестве 10-20% от суммарного по трубопроводу 16 поступает в высокотемпературный пароперегреватель 5, в который также после теплообменников 14, 15 поступают топливо и кислород по трубопроводам 18, которые сгорают в присутствии водяного пара без промежуточной теплообменной поверхности и затем продукты сгорания смешиваются в паропроводе 17 с потоком водяного пара после парового котла 4, повышая температуру пара до 800-900°C и более. Высокотемпературная паровая турбина 6 преобразует энергию пара в механическую и передает ее потребителю посредством генератора 7. Отработавший водяной пар и неконденсирующиеся газы поступают по трубопроводу 20 в конденсатор пара 8, где пар конденсируется и газы охлаждаются. Конденсат водяного пара, пройдя встроенный в конденсатор деаэратор, посредством насосов через регенеративные теплообменники 14, 15 по трубопроводу 22 поступает в паровой котел 4. Неконденсирующиеся газы отсасываются эжектором 9 из конденсатора 8 и поступают по трубопроводу 21 в сепаратор 10, в котором разделяются газовая и жидкая фаза. При помощи компрессора 11 газовая фаза с невысоким относительно замкнутого пространства давлением поступает в абсорбер 12 и, растворяясь в забортной воде, поступающей в абсорбер, при помощи насоса откачивается за пределы корпуса 1 ПЛ.

Предложенное техническое решение энергетической установки ПЛ позволяет повысить ее эффективность и коэффициент полезного действия за счет повышения температуры водяного пара перед его поступлением в высокотемпературную паровую турбину посредством сжигания жидкого топлива и жидкого кислорода в среде небольшого количества пара после парового котла, 10-20% от суммарного в высокотемпературном пароперегревателе.

Благодаря растворению отработавших газов после парового котла, а также выделенной газовой фракции после конденсатора в забортной воде перед удалением их за борт снижена вероятность обнаружения ПЛ.

1. Энергетическиая установка подводной лодки, содержащая заключенные в корпусе подводной лодки систему хранения и подачи жидких топлива и кислорода, камеру сгорания высокого давления, паровой котел, паропровод, соединяющий паровой котел с высокотемпературной паровой турбиной, генератор, конденсатор пара с деаэратором, а также эжектор, теплообменники, насосы, трубопроводы и арматуру, отличающаяся тем, что она снабжена высокотемпературным пароперегревателем, сепаратором, компрессором и абсорберами, причем к высокотемпературному пароперегревателю подведены трубопроводы подачи жидкого топлива и кислорода, а также паропровод с расходом водяного пара 10-20% от суммарного количества пара, производимого паровым котлом, а отведен паропровод перегретого пара, который соединен с паропроводом перед высокотемпературной паровой турбиной, при этом трубопровод неконденсирующихся газов после конденсатора и эжектора подведен к сепаратору, который посредством газопровода и компрессора соединен с одним абсорбером, а трубопровод отработавших газов после парового котла подведен к другому абсорберу, причем абсорберы посредством трубопроводов и насосов сообщены с забортным пространством подводной лодки.

2. Энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что в ней трубопровод отработавших газов после парового котла до абсорбера последовательно соединен с теплообменниками, которые установлены на трубопроводах подачи жидких топлива и кислорода в камеру сгорания высокого давления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к подводному судостроению. .

Изобретение относится к области судостроения. .

Изобретение относится к области энергетики. .

Изобретение относится к энергетике. .

Изобретение относится к приводам подводных средств передвижения, перемещающихся с помощью мускульной силы, которые могут быть использованы для спортивных, развлекательных и исследовательских целей.

Изобретение относится к энергетическим установкам (ЭУ), содержащим электрохимический генератор (ЭХГ) с кислородо-водородными топливными элементами и может использоваться в составе ЭУ подводных аппаратов (ПА).

Изобретение относится к судостроению и энергетике, касается создания энергоустановок подводных лодок

Изобретение относится к области судостроения и касается вопросов создания средств для осуществления подводных транспортных операций, например для транспортировки подводных технологических средств разведки, обустройства и эксплуатации морских месторождений полезных ископаемых, необходимых расходных материалов
Изобретение относится к области измерительно-исполнительных телеуправляемых роботизированных систем

Группа изобретений относится к подводному кораблестроению и может быть использована преимущественно для подводных лодок. Подводная лодка содержит прочный корпус, охватывающий его легкий корпус, цистерны между этими корпусами, прочную рубку и спасательную всплывающую камеру, установленную внутри прочного корпуса под прочной рубкой, кормовую оконечность с гребным винтом, со ступицей, установленной на гребном валу, соединенном с электродвигателем, соединенным электрическим кабелем с аккумулятором, электрогенератор, вал которого соединен с валом двигательной установки. Двигательная установка состоит из двигателя внешнего нагрева, турбонасосного агрегата и камеры сгорания, соединенных газоводами, при этом к легкому корпусу прикреплены три кольцевых коллектора обтекаемой формы для забора и сброса воды и сброса выхлопных газов, соединенные с двигателем внешнего нагрева. Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик подводной лодки, повышении ее надежности и боевой живучести. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

Группа изобретений относится к подводному кораблестроению и может быть использована преимущественно для подводных лодок. Подводная лодка содержит прочный корпус, охватывающий его легкий корпус, цистерны между этими корпусами, кормовую оконечность с гребным винтом, со ступицей, установленной на гребном валу, соединенном с электродвигателем, соединенным электрическим кабелем с аккумулятором, электрогенератор, вал которого соединен с главным валом двигательной установки. Внутри прочного корпуса установлены баки окислителя и горючего, соединенные трубопроводами с турбонасосным агрегатом. Двигательная установка состоит из турбонасосного агрегата и камеры сгорания, соединенных газоводами, двигателя внешнего нагрева, содержащего системы нагрева и охлаждения, система охлаждения содержит теплообменник-охладитель, использующий хладоресурс одного из компонентов топлива, при этом к легкому корпусу прикреплен коллектор сброса выхлопных газов, соединенный с двигателем внешнего нагрева. Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик подводной лодки, повышении ее надежности и боевой живучести. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к способу функционирования судового приводного двигателя (2), питаемого по меньшей мере одним импульсным инвертором (3), при котором элементы (5) переключения импульсного инвертора (3) переключаются с изменяемой частотой переключения. Частота переключения вручную управляется обслуживающим персоналом судна независимо от рабочего состояния судового приводного двигателя (2) и импульсного инвертора (3), чтобы изменить акустический спектр шума судна. Судовой приводной двигатель питается несколькими импульсными инверторами, при этом элементы переключения всех импульсных инверторов управляются с одинаковой частотой переключения. Достигается уменьшение шума судового двигателя. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области подводного судостроения. Подводный аппарат содержит корпус, гребной электродвигатель, связанный через главный редуктор с гребным винтом. Ведомый вал главного редуктора соединен одним концом с гидропневмомотором, другой конец вала соединен с гребным винтом. Гидропневмомотор содержит цилиндрический корпус, закрытый крышками, внутри которого перегородка с отверстием разделяет корпус на две камеры: переднего и заднего хода, имеющие впускные и выпускные штуцеры. В отверстие перегородки вставлен вал, на котором в первой камере закреплен ротор переднего хода, во второй - ротор заднего хода. Каждый ротор выполнен из набора нескольких дисков, каждый из которых имеет на торцевой поверхности наружный канал прямоугольного сечения, а когда диски прижаты друг к другу, образуются внутренние каналы, представляющие собой две дуги, каждая из которых равна 1/4 полной окружности, размещенные симметрично друг другу по разные стороны от оси вращения, закрытые наглухо с одной стороны так, что плоскость дна каждого из них лежит на линии диаметра диска ротора, проходящей через центр вращения по обе стороны от диаметра. Открытая часть каждой дуги соединена с соответствующим прямолинейным каналом такого же сечения, противоположные стенки которого одинаковы по длине и ширине, а также равны по площади, причем оба прямоугольных канала открываются на боковую поверхность диска в противоположные стороны. Повышается скорость движения аппарата, увеличивается дальность плавания. 15 ил.
Изобретение относится к области судостроения и касается эксплуатации подводных судов в ледовых условиях. Подводная лодка содержит корпус, емкости для изменения плавучести лодки путем заполнения их забортной водой или воздухом. Для возможности плавания подо льдом по мелководью она имеет плоский корпус или корпус катамаран, снабженный вдоль верхней части двумя параллельными полозьями для защиты корпуса от контакта со льдом, экстренного торможения и стоянки. Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик подводной лодки.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным аппаратам повышенной маневренности, и может использоваться при возведении морских нефтегазодобывающих платформ с прокладкой трубопроводов на дне моря. Подводный аппарат повышенной маневренности содержит обтекаемый корпус, движительный комплекс, водометные трубы с входными и выходными патрубками, причем он снабжен электрогенераторами, аккумуляторными батареями, направляющими экранами и вертикальным водозаборником. Обтекаемый корпус имеет форму капли. Движительный комплекс включает фронтальный, кормовой, левый, правый и центральный гидравлические движители, которые выполнены в виде пустотелой винтовой поверхности и установлены в зоне выходных патрубков водометных труб. Входные патрубки водометных труб размещены внутри вертикального водозаборника. Электрогенераторы установлены на гидравлических движителях. Направляющие экраны имеют форму круглой чаши и с зазором жестко крепятся к корпусу в зонах выходных патрубков водометных труб. Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик подводного аппарата. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к судостроению, а именно к конструкциям силовых установок подводных аппаратов. Силовая установка подводного аппарата содержит высокооборотный электродвигатель переменного тока, который соединен с движителем аппарата через редуктор. Редуктор выполнен одноступенчатым с параллельно расположенными входным и выходным валами и с высоким передаточным отношением. Вал электродвигателя является входным валом редуктора, а ось выходного вала редуктора совпадает с основной осью подводного аппарата. Ось электродвигателя смещена относительно основной оси подводного аппарата. Величина смещения электродвигателя равна межцентровому расстоянию валов редуктора. Достигается уменьшение массогабаритных характеристик подводного аппарата, уменьшение шумности и улучшение управляемости силовой установки. 1 ил.
Наверх