Результат интеллектуальной деятельности: ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОДВОДНОГО ТЕХНИЧЕСКОГО СРЕДСТВА

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.