Энергетическая установка для подводного технического средства

Авторы патента:

B63G8/08 - обеспечение хода (двигатели или силовые установки как таковые см. соответствующие классы; с использованием атомных установок B63H 21/18; устройства для выхлопа под водой F01N 7/12)

Владельцы патента RU 2564193:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Санкт-Петербургская электротехническая компания" (RU)

Изобретение относится к энергетическим установкам, функционирующим без связи с атмосферой и предназначенным для глубоководных аппаратов и подводных лодок. Энергетическая установка содержит в качестве рабочего тела для парового контура органическую жидкость, паровой контур снабжен установленным между паровой турбиной и конденсатором пара теплообменником-рекуператором и теплообменником-испарителем, через который проходит магистраль для отвода отработанных газов из камеры сгорания, при этом магистраль для отвода отработанных газов снабжена байпасной линией с регулирующим клапаном, соединенной через эжектор с магистралью отработанных газов перед теплообменником-испарителем и отходящей от магистрали для отвода отработанных газов после теплообменника-испарителя. Изобретение позволяет повысить надежность и эффективность работы энергетической установки при небольшой мощности паровой турбины, а также снизить стоимость и массогабаритные характеристики энергетической установки в целом. 1 ил.

Изобретение относится к энергетическим установкам, функционирующим без связи с атмосферой и предназначенным для глубоководных аппаратов и подводных лодок.

Известна установка для сжигания парогазовых смесей, содержащая вертикальный цилиндрический футерованный корпус с расположенной в нем камерой сгорания, тангенциально присоединенными к нему горелочным устройством, патрубком для подачи загрязненных газов, патрубком подачи воздуха и выходное отверстие для дымовых газов, расположенное в центральной верхней части корпуса (А.с. №1778447, Бюл. №44 от 30.11.92). Данная установка может быть использована в качестве камеры сгорания высокого давления для сжигания топливно-воздушной смеси любого состава.

Известно устройство энергетической системы на основе органического цикла Ренкина, включающее в себя масленый котел, контур с промежуточным теплоносителем, соединяющий котел и установку на основе органического цикла Ренкина, представляющую собой замкнутый контур с органическим рабочим телом, содержащим турбину на валу с электрогенератором, испаритель, конденсатор, теплообменник-рекуператор и насос, систему охлаждения установки на основе органического цикла Ренкина (Соболь В.А. Мини-ТЭЦ в Речице передовые технологии в области использования местных видов топлива // Журнал «Энергетическая Стратегия», №2(20), 2011. стр.57-59). Однако данная энергоустановка предназначена для работы на твердой биомассе и не может быть использована для работы на подводном техническом средстве.

Известно устройство энергетической установки для подводного технического средства, содержащей в корпусе подводного технического средства, систему хранения и подачи горючего и окислителя, камеру сгорания высокого давления, паровой контур с паровой турбиной, электрогенератором и конденсатором пара, магистраль забортной охлаждающей воды с насосом, проходящей через конденсатор парового контура (Патент РФ №2435699, от 10.12.2011, Бюл. №34). Однако в качестве рабочего тела паровой турбины используется вода, что приводит к необходимости поддержания высокого давления в контуре паровой турбины, коррозии турбины и большого количества вспомогательного оборудования.

Технический результат, который может быть получен при применении данного изобретения, заключается в повышении надежности и эффективности работы энергетической установки при небольшой мощности паровой турбины, а также снижении стоимости и массогабаритных характеристик энергетической установки в целом.

Для достижения данного технического результата энергетическая установка для подводного технического средства, содержащая в корпусе подводного технического средства, систему хранения и подачи горючего и окислителя, камеру сгорания высокого давления, паровой контур с паровой турбиной, электрогенератором и конденсатором пара, магистраль забортной охлаждающей воды с насосом, проходящей через конденсатор парового контура, снабжена в качестве рабочего тела для парового контура органической жидкостью, в паровой контур включены теплообменник-рекуператор и теплообменник-испаритель, через который проходит магистраль для отвода отработанных газов из камеры сгорания, при этом магистраль для отвода отработанных газов снабжена байпасной линией с регулирующим клапаном, отходящей от магистрали для отвода отработанных газов после теплообменника-испарителя и соединяющейся через эжектор с магистралью отработанных газов перед теплообменником-испарителем, теплообменник-рекуператор установлен между паровой турбиной и конденсатором, а магистраль забортной воды проходит через конденсатор парового контура.

Введение в состав энергетической установки для подводного технического средства, парового контура, в котором вместо воды используется органическая жидкость, а также включение в паровой контур теплообменника-рекуператора и теплообменника испарителя, через который проходит магистраль для отвода отработанных газов из камеры сгорания и магистрали для отвода отработанных газов с байпасной линией и регулирующим клапаном, соединенных через эжектор перед теплообменником-испарителем, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности повышения эффективности работы энергетической установки небольшой мощности за счет более низкой частоты вращения турбины, что позволяет подключать электрический генератор прямым приводом без редуктора, снижения стоимость и массогабаритных характеристик энергетической установки за счет того, что использование органической жидкости приводит к низким механическим напряжениям турбины из-за низкой скорости периферии и отсутствию сложной системы химводоподготовки, также к повышению надежности и долговременности работы энергетической установки за счет за счет свойств органической жидкости, которая в отличие от водяного пара, не подрывает и не разъедает труб и лопаток турбины.

На фиг. 1 изображена энергетическая установка для подводного технического средства.

Энергетическая установка для подводного технического средства расположена в корпусе 1 подводного технического средства. Энергетическая установка включает в себя систему хранения и подачи горючего 2 и окислителя 3, камеру сгорания высокого давления 4, паровой контур 5 с паровой турбиной 6, электрогенератором 7 и конденсатором пара 8, теплообменником-рекуператором 9, теплообменником испарителем 10 и насосом 11. Также в энергетическую установку входит магистраль забортной охлаждающей воды 12 с насосом 13, магистраль для отвода отработанных газов 14 из камеры сгорания 4, байпасная линия 15 с регулирующим клапаном 16.

Байпасная линия 15 соединяется через эжектор 17 с магистралью отработанных газов 14 перед теплообменником-испарителем 10. Теплообменник-рекуператор 9 установлен между паровой турбиной 6 и конденсатором 7, а магистраль забортной воды 12 проходит через конденсатор 8 парового контура 5.

Энергетическая установка для подводного технического средства работает следующим образом.

По системе подачи топлива из хранилища горючего 2 (например, дизельное топливо, сжиженный природный газ и т.д.) и хранилища окислителя 3 (например, жидкий кислород и т.д.) горючее и окислитель поступают в камеру сгорания высокого давления 4, где происходит их сгорание. Из камеры сгорания 4 отработанные газы по магистрали 14 через эжектор 17 поступают в теплообменник-испаритель 10 парового контура 5, где отдают свое тепло рабочему телу (органической жидкости) парового контура 5. Далее отработанные газы по магистрали 14 удаляются из корпуса 1 подводного технического средства (например, подводной лодки, подводного робота, торпеды и т.д.). При этом после теплообменника-испарителя 10 часть отработанных газов по байпасной линии 15 засасываются эжектором 17 обратно в магистраль отработанных газов 12 перед теплообменником-испарителем 10, что позволяет поддерживать постоянную температуру в теплообменнике-испарителе 10 при изменении нагрузки энергетической установки. Для регулирования количества возвращаемого отработанного газа предназначен регулирующий клапан 16.

Нагретое до высокой температуры рабочее тело парового контура 5 в теплообменнике-испарителе 10 испаряется с повышением давления и поступает в турбину 6, где пар расширяясь, вращает турбину 6 и электрогенератор 7.

Вместо воды (водяного пара) в паровом контуре 5 используются органическая жидкость (например, силиконовое масло, фреоны, изобутан и т.д.), которая характеризуется более высокой, чем вода, молекулярной массой, что приводит к замедлению вращения турбины низкого давления и отсутствию разрушения металлических деталей и лопаток, что присуще паровым турбинам. Более низкая частота вращения турбины 6 позволяет подключать электрогенератор 7 прямым приводом без редуктора, что увеличивает эффективность и снижает массогабаритные характеристики энергетической установки.

После турбины 6 пар органической жидкости поступает в теплообменник-рекуператор 9, где частично охлаждается, передавая часть теплоты встречному потоку органической жидкости, идущей в теплообменник-испаритель 10. Затем пар поступает в конденсатор 8, где конденсируется за счет охлаждения забортной водой. Забортная вода поступает и удаляется из корпуса 1 подводного технического средства за счет работы насоса 13 магистрали подачи воды 12.

Из конденсатора 8 насосом 11 органическая жидкость через теплообменник-рекуператор 9 подается в теплообменник-испаритель 10, что обеспечивает непрерывную работу энергетической установки.

Все элементы энергетической установки расположены внутри корпуса 1 подводного технического средства.

Источники информации

1. А.с. №1778447, Бюл. №44 от 30.11.92.

2. Соболь В.А. Мини-ТЭЦ в Речице передовые технологии в области использования местных видов топлива // Журнал «Энергетическая Стратегия», №2(20), 2011. стр.57-59.

3. Патент РФ №2435699, опубл. 10.12.2011, Бюл. №34 - прототип.

Энергетическая установка для подводного технического средства, содержащая систему хранения и подачи горючего и окислителя, соединенную с камерой сгорания высокого давления, паровой контур с паровой турбиной, электрогенератором и конденсатором пара, эжектор, магистраль для отвода отработанных газов из камеры сгорания и магистраль забортной охлаждающей воды с насосом, проходящей через конденсатор пара парового контура, отличающаяся тем, что в качестве рабочего тела для парового контура использована органическая жидкость, паровой контур снабжен установленным между паровой турбиной и конденсатором пара теплообменником-рекуператором и теплообменником-испарителем, через который проходит магистраль для отвода отработанных газов из камеры сгорания, при этом магистраль для отвода отработанных газов снабжена байпасной линией с регулирующим клапаном, соединенной через эжектор с магистралью отработанных газов перед теплообменником-испарителем и отходящей от магистрали для отвода отработанных газов после теплообменника-испарителя.

Изобретение относится к двигателестроению. Тепловая машина реализует цикл Рейлиса и состоит из двух камер разных объёмов, внутри которых расположены вытеснители двухстороннего действия.

Тепловая машина с внешним подводом тепла // 2548999

Изобретение относится к тепловой энергетике. Тепловая машина с внешним подводом тепла содержит четыре сильфона на горячей стороне машины, соединенные с нагревателями, и четыре сильфона на холодной стороне машины, соединенные с охладителями.

Двигатель с подводом теплоты // 2546374

Изобретение относится к энергетике. Двигатель с подводом теплоты содержит цилиндр с головкой и поршнем, средство подвода теплоты - нагреватель, средство отвода теплоты - холодильник и распределительный механизм с цилиндрическими золотниками.

Энергетическая установка подводного аппарата // 2542166

Изобретение относится к энергетике. Энергетическая установка подводного аппарата содержит тепловой двигатель, систему автоматического управления, впускную систему, образованную ресивером-смесителем и регенератором тепла отработанных газов, последовательно соединенные с ним охладитель отработанных газов, фильтр-влагоотделитель, клапан регулирования рециркуляции.

Двигатель внешнего нагрева // 2528811

Изобретение относится к двигателестроению. Двигатель внешнего нагрева содержит систему управления с блоком управления, систему нагрева и охлаждения, цилиндр с торцовой и боковой стенками.

Роторно-поршневая машина объемного расширения // 2528221

Изобретение относится к роторно-поршневой машине, включающей корпус, два рабочих вала, центральное неподвижное зубчатое колесо и выходной вал с эксцентриком. Рабочие валы оснащены лопастными поршнями и рычагами.

Генерирующая установка с двигателем стирлинга // 2527773

Изобретение относится к энергетике. Генерирующая установка содержит двигатель Стирлинга с электрогенератором на одном валу, систему охлаждения двигателя Стирлинга и нагреватель двигателя Стирлинга.

Способ преобразования теплоты в работу в тепловом двигателе // 2511827

Изобретение относится к способу преобразования теплоты в работу в тепловом двигателе. Способ включает выполнение рабочего тела теплового двигателя в виде смеси веществ, между которыми протекает обратимая химическая реакция.

Выпускное устройство вторичного котла малого когенератора и узел кожуха, образующий выпускной канал вторичного котла малого когенератора // 2473847

Роликолопастной двигатель с внешним подводом тепла // 2469203

Изобретение относится к машиностроению. .

Способ эксплуатации подводной лодки, а также подводная лодка // 2561476

Группа изобретений относится к оборудованию для подводных лодок. При способе эксплуатации подводной лодки используют приводной двигатель, подпитываемый через импульсные вентильные преобразователи частоты.

Силовая установка подводного аппарата // 2556821

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.

Подводный аппарат повышенной маневренности // 2547102

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.

Всесезонное подводное судно "река-море" // 2529047

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.

Подводный аппарат // 2515815

Изобретение относится к области подводного судостроения. Подводный аппарат содержит корпус, гребной электродвигатель, связанный через главный редуктор с гребным винтом.

Способ функционирования судового приводного двигателя, питаемого инвертором с широтно-импульсной модуляцией, а также система судового привода // 2514383

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.

Подводная лодка и двигательная установка подводной лодки // 2502631

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.

Подводная лодка и двигательная установка подводной лодки // 2501705

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.

Универсальная самоходная спускаемая система обследования и ремонта объектов гидротехнической инфраструктуры // 2468960

Изобретение относится к области измерительно-исполнительных телеуправляемых роботизированных систем. .

Подводная транспортная система // 2462388

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.

Паровая энергетическая установка для подводного технического средства // 2573540

Изобретение относится к энергетическим установкам, функционирующим без связи с атмосферой и предназначенным для глубоководных аппаратов и подводных лодок. Паровая энергетическая установка снабжена промежуточным контуром с диатермическим маслом и насосом для его циркуляции, при этом в качестве рабочего тела для парового контура использована органическая жидкость, камера сгорания выполнена в виде масляного котла, паровой контур снабжен теплообменником-рекуператором, теплообменником-испарителем и насосом, а промежуточный контур с диатермическим маслом расположен между масляным котлом и паровым контуром и проходит через топочное пространство масляного котла и теплообменник-испаритель парового контура, причем магистраль для отвода отработанных газов снабжена байпасной линией с регулирующим клапаном для подачи части отработанных газов в топочное пространство масляного котла и дожимным компрессором для подачи части отработанных газов непосредственно в емкость для растворения отработанных газов в забортной воде, а магистраль забортной воды последовательно проходит через конденсатор пара парового контура и емкость для растворения отработанных газов в забортной воде. Изобретение позволяет повысить эффективность работы энергетической установки при небольшой мощности паровой турбины, надежность и долговременность работы энергетической установки в целом, а также снизить видимость следа при движении подводного технического средства. 1 ил.