Результат интеллектуальной деятельности: ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ

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.