ПАРОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОДВОДНОГО ТЕХНИЧЕСКОГО СРЕДСТВА

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

Известно устройство энергетической системы на основе органического цикла Ренкина, включающее в себя масляный котел со встроенным контуром промежуточного теплоносителя, соединяющим 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, опубл. 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 большому количеству вспомогательного оборудования.

Известно устройство паровой 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 отвода отработанных газов, магистраль забортной охлаждающей воды с насосом и емкость для растворения отработанных газов в забортной воде (Патент РФ №2443597, опубл. 27.02.2012, Бюл. №6). Однако в качестве рабочего тела паровой турбины используется вода, что приводит к необходимости поддержания высокого давления в контуре паровой турбины, коррозии турбины и большому количеству вспомогательного оборудования.

Технический результат, который может быть получен при применении данного изобретения, заключается в повышении эффективности работы энергетической установки при небольшой мощности паровой турбины, повышению надежности и долговременности работы энергетической установки в целом, а также снижении видимости следа при движении подводного технического средства.

Для достижения данного технического результата паровая 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 отвода отработанных газов, магистраль забортной охлаждающей воды с насосом и емкость для растворения отработанных газов в забортной воде, снабжена в качестве рабочего тела для парового контура органической жидкостью, камера сгорания выполнена в виде масляного котла, в паровой контур включены теплообменник-рекуператор и теплообменник-испаритель, при этом между масляным котлом и теплообменником-испарителем расположен промежуточный контур с диатермическим маслом, магистраль для отвода отработанных газов от масляного котла снабжена байпасной линией с регулирующим клапаном, соединяющей магистраль отвода отработанных газов с топочным пространством масляного котла, магистраль забортной воды последовательно проходит через конденсатор парового контура и емкость для растворения отработанных газов в забортной воде, а магистраль отвода отработанных газов снабжена дожимным компрессором для подачи отработанных газов непосредственно в емкость для растворения отработанных газов в забортной воде.

Введение в состав паровой энергетической установки для подводного технического средства камеры сгорания в виде масляного котла, теплообменника-рекуператора и теплообменника-испарителя в паровом контуре и использование в нем в качестве рабочего тела органической жидкости, промежуточного контура с диатермическим маслом, расположенного между масляным котлом и теплообменником-испарителем, дожимного компрессора в магистрали отвода отработанных газов, магистрали забортной воды, последовательно проходящей через конденсатор парового контура и емкость для растворения отработанных газов, а также байпасной линии с регулирующим клапаном, соединяющей магистраль отвода отработанных газов с топочным пространством масляного котла, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности повышения эффективности работы энергетической установки небольшой мощности за счет более низкой частоты вращения турбины при использовании органической жидкости в качестве рабочего тела и отсутствии сложной системы химводоподготовки, также к повышению надежности и долговременности работы энергетической установки за счет свойств органической жидкости, которая в отличие от водяного пара не подрывает и не разъедает трубы и лопатки турбины.

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

Паровая 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, масляный котел 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 воды 12 с насосом 13, магистраль отвода отработанных газов 14 из масляного котла 4, байпасная линия 15 с регулирующим клапаном 16. Байпасная линия 15 соединяет магистраль отработанных газов 14 с топочным пространством масляного котла 4.

Магистраль забортной воды 12 последовательно проходит через конденсатор 8 парового контура 5 и емкость 18 для растворения отработанных газов в забортной воде.

Магистраль отвода отработанных газов 14 снабжена дожимным компрессором 17 для подачи отработанных газов непосредственно в емкость 18 для растворения отработанных газов в забортной воде.

Между масляным котлом 4 и паровым контуром 5 расположен промежуточный контур с диатермическим маслом 19, который проходит через топочное пространство (на фиг. не показано) масляного котла 4 и теплообменник-испаритель 10 парового контура 5. Циркуляция диатермического масла по промежуточному контуру 19 обеспечивается с помощью насоса 20.

Паровая 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 масляный котел 4, где происходит их сгорание. Из масляного котла 4 отработанные газы по магистрали 14 дожимным компрессором 17 подаются в емкость 18 для растворения отработанных газов в забортной воде. Далее растворенные в забортной воде отработанные газы удаляются из корпуса 1 подводного технического средства (например, подводной лодки, подводного робота, торпеды и т.д.). При этом часть отработанных газов по байпасной линии 15 подается обратно в топочное пространство масляного котла 4, что позволяет поддерживать постоянную температуру в масляном котле 4 при изменении нагрузки энергетической установки для передачи теплоты от сгорания топлива в промежуточный контур 19. Для регулирования количества возвращаемого отработанного газа предназначен регулирующий клапан 16.

Теплота от сгорания топлива из поточного пространства масляного котла 4 через промежуточный контур с диатермическим маслом 19 с помощью насоса 20 передается в теплообменник-испаритель 10 парового контура 5, где диатермическое масло отдает полученную теплоту от сгорания топлива рабочему телу (органической жидкости) парового контура 5.

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 используется 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 забортной воды 12. При этом магистраль забортной воды 12 последовательно проходит через конденсатор 8 парового контура 5 и емкость 18 для растворения отработанных газов в забортной воде.

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, принятые во внимание при составлении заявки

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

2. Патент РФ №2435699, опубл. 10.12.2011, Бюл. №34.

3. Патент РФ №2443597, опубл. 27.02.2012, Бюл. №6 - прототип.