CN101891012A - 核潜艇新型动力装置 - Google Patents
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Abstract
一种核潜艇新型动力装置，取消了凝结泵和给水泵的大功率拖动电机及相应的控制设备，使新型动力装置的总体体积减小，利于设备布置，运行时需要散热(或发热)的主要设备数量比现用核潜艇减少，降低动力系统的噪音，隐身性能良好，能量转换环节减少，能量利用效率高，降低艇体内外的温度，减小敌方热寻的鱼雷击中的概率，装备“后射”鱼雷，提高攻击能力和生存能力。
Description
所属技术领域
本专利涉及一种核潜艇新型动力装置，运行时需要散热(或发热)的主要设备数量比现用核潜艇减少，减小敌方热寻的鱼雷击中的概率，降低动力系统的噪音，隐身性能良好，能量转换环节减少，能量利用效率高，装备“后射”鱼雷，提高攻击能力和生存能力。
背景技术
现用核潜艇的主要动力装备有(以使用核-电推进方式的核潜艇为例)：
1台高温气冷堆(或压水反应堆，下同)，1台汽轮机，1台直流发电机，1台直流主电机，1台经济航速电机(或巡航电机，下同)。根据核电工作原理，还应有1台凝结泵和1台电机，1套相应的控制设备(要求调速)；1台给水泵和1台电机，1套相应的控制设备(要求调速)。如果凝结泵电机和给水泵电机采用交流电机，还应有2套直流-交流变流设备(可以与控制设备合为一体)。凝结泵使用的冷却水采用海水，在艇身尾部的侧面设有进出水口，供凝结泵工作，艇身设置进出水口后，增大了潜艇航行时的水流噪声和阻力。
总共11台(套)设备：
1台高温气冷堆，1台汽轮机，1台直流发电机，1台直流主电机，1台经济航速电机，2台变流设备，2台交流电机，1台凝结泵，1台给水泵。
能量转换环节为：
高温气冷堆--汽轮机--直流发电机--直流主电机(或经济航速电机)--螺旋桨；
直流电池--变流设备--交流电机--凝结泵；
直流电池--变流设备--交流电机--给水泵。
运行时需要散热(或发热)的主要设备有：
1台高温气冷堆，1台汽轮机，1台直流发电机，1台直流主电机(或经济航速电机)，2台变流设备，1台凝结水泵电机，1台给水泵电机，共8台(套)。
反应堆通过汽轮机驱动1台直流发电机。反应堆与发电机组合成一个整体，安装在″减震浮筏″上，与外部连接的所有管道，采用柔性减震连接，降低动力系统的噪音。反应堆-汽轮机-发电机系统发出的直流电流直接驱动低速大扭矩直流主电机，直流主电机驱动螺旋桨，并可向潜艇电池充电。另外在推进轴上串列一台经济航速电机，单独推进时为核潜艇提供潜航速度。
核潜艇的噪音来源：
(1)反应堆主冷却泵(2)机械减速机(3)螺旋桨(4)调节水柜的进出水口(5)供凝结泵工作的进出水口(6)其他各种机械的工作噪音。
由于设备数量较多，不利于降低噪音，能量转换环节多且利用效率低。凝结泵出水由于温度较高不能与周围的海水充分混合(出水口在尾部侧面，离螺旋桨较远)，螺旋桨受到破坏后，核潜艇便失去动力，不利于核潜艇隐蔽和运行。
发明内容
本专利提供一种核潜艇新型动力装置，不仅能够减少发热设备的数量，降低噪音，提高能量利用效率，还能提供备用动力，装备“后射”鱼雷，提高攻击能力和生存能力。
本专利解决问题所采用的技术方案是：
(1)经济航速电机(也称巡航电机，兼作发电机使用，下同)一端和螺旋桨直连，另一端通过离合联轴器连接凝结泵，凝结泵和汽轮机一端直连，不再需要机械减速机或汽轮机-发电机-直流主电机系统，动力由汽轮机直接提供；若利用经济航速电机作巡航时，通过离合联轴器甩开凝结泵和汽轮机。凝结泵把艇外的海水引入汽轮机冷凝室中的冷凝管，为冷凝室提供必要的真空度，保证汽轮机出力。为适应不同温度的海水，设置带调速小功率的调节水泵辅助凝结泵调节冷却水量的大小，为冷凝室提供必要的真空度。
(2)汽轮机另一端通过联轴器驱动给水泵(给水泵不再需要驱动电机)。给水泵把冷凝室中的凝结水送入蒸汽发生器再进行循环使用，由于汽轮机和给水泵在一条水平中心线上，位置比冷凝室高，设置带调速小功率的给水泵(位置比冷凝室低)供给给水泵。
(3)凝结泵的进水口设在艇身尾部的侧面，出水口方向设在艇身尾部的正后方，喷射管前段设鱼雷发射管(中间通过隔离阀隔开)，喷射管管径与鱼雷发射管一致或大于鱼雷发射管管径，并利于鱼雷发射。
(4)反应堆、汽轮机、凝结泵与给水泵组合成一个整体，安装在″减震浮筏″上，与外部连接的所有管道，采用柔性减震连接，降低动力系统的噪音。
核潜艇动力装置的工作状态一般是不断变化的，这是根据战术要求不断变化的，任何潜艇也不会一直全速航行。核潜艇动力装置主要是控制航行速度，航行速度的大小取决于汽轮机和螺旋桨的旋转速度，汽轮机和螺旋桨的旋转速度又受到反应堆输出功率的控制，反应堆输出功率的大小主要看控制棒插入的深度。控制棒插入的深度较深时，反应堆输出功率较小，核潜艇在低速状态下航行；控制棒插入的深度较浅时，反应堆输出功率较大，核潜艇在高速状态下航行。反应堆在输出功率的大小不同状态下，给水泵和凝结泵跟随在不同功率的状态下运行：反应堆输出功率较小，给水泵、凝结泵和汽轮机主轴一起低转速运行，出水量较小；反应堆输出功率较大，给水泵、凝结泵和汽轮机主轴一起以较高转速运行，出水量较大。另外给水泵和凝结泵的出水量还能依靠带调速小功率的调节水泵进行辅助调节，已达到和反应堆、汽轮机处于协调的工作状态。汽轮机必要时还受到主调节汽门的控制，使输出功率满足需要。给水泵和凝结泵的叶轮主要参数(直径和出水口宽度)应精确设计，尽量满足反应堆、汽轮机不同功率时的各种状态。
核潜艇新型动力装置主要设备总共11台(套)：
1台高温气冷堆，1台汽轮机，1台经济航速电机(兼直流发电机)，2台小功率变流设备，2台小功率交流电机，1台凝结泵，1台给水泵，2台小功率调节泵。
能量转换环节为：
高温气冷堆--汽轮机--凝结泵--经济航速电机(直流发电机)--螺旋桨；
汽轮机--给水泵；
直流电池--变流设备--凝结水调节泵交流电机(小功率)
直流电池--变流设备--循环水调节泵交流电机(小功率)
运行时需要散热(或发热)的主要设备有：
1台高温气冷堆，1台汽轮机，1台经济航速电机(直流发电机)，1台变流设备(由于功率小，两台近似于原来1台的发热量)，1台调节泵交流电机(由于功率小，两台近似于原来1台的发热量)。共5台(套)设备。
经比较，核潜艇新型动力装置运行时需要散热(或发热)的主要设备数量比原来的核潜艇少3台，能降低艇体内外的温度，改善艇内环境。凝结泵和给水泵由汽轮机直接驱动，自动调节出水量，简化自动控制，而且凝结泵在正常工作时还可以为核潜艇提供一部分推进动力，不仅能量转换环节减少，而且能量利用效率高。
本专利的有益效果是，由于取消了凝结泵与给水泵的大功率拖动电机及相应的控制设备，使新型动力装置的总体体积减小，利于设备布置，降低噪音，而且发热设备数量少，降低艇体内外的温度，减小敌方热寻的鱼雷击中的概率。
附图说明
下面结合附图对本专利作进一步说明：
附图中1.高温气冷堆，2.反应堆进水管(主冷却泵出水管)，3.主冷却泵进水管，4.主冷却泵，5.给水调节泵出水管(接给水泵吸入口)，6.给水调节泵，7.给水调节泵进水管(接汽轮机冷凝室)，8.给水泵，9.联轴器，10.汽轮机，11.凝结泵吸水管(接冷凝室冷凝管)，12.鱼雷发射管，13.隔离阀，14.凝结泵出水管，15.凝结泵，16.喷射管，17.离合联轴器，18.巡航电机，19.推进轴，20.螺旋桨，21.艇尾外壳，22.凝结调节泵出水管(进冷凝室冷凝管)，23.凝结调节泵，24.凝结调节泵进水管(接艇外)，25.给水泵出水管，26.蒸汽管道，27.蒸汽发生器，28.反应堆出水管
具体实施方式
在实施例中，蒸汽发生器(27)的给水吸收反应堆传来的热量变成高压蒸汽，高压蒸汽通过蒸汽管道(26)供汽推动汽轮机(10)旋转做功，给水泵(8)、凝结泵(15)、巡航电机(18)、螺旋桨(20)和汽轮机(10)主轴一起旋转，螺旋桨(20)推动核潜艇前进。凝结泵(15)的出水口方向设在艇身尾部的正后方，并在推进轴(19)两侧平行于推进轴(19)对称布置两趟或多趟喷射管(16)，这样凝结泵(15)在正常工作时利用水流的反作用力还可以为核潜艇提供一部分动力，水流速度应加以控制，以便和核潜艇航速相匹配：
第1种方法：喷射管(16)前端设有可开闭的前盖，开闭在舱内用传动机构来实现，与其他鱼雷发射管的前盖相同，前盖中心开孔，开孔的直径大小可以控制水的流速；
第2种方法：凝结泵(15)在大流量工作状态下或发射鱼雷时，可以打开喷射管(16)前盖；
第3种方法：也可以取消前盖，直接利用喷射管(16)的直径与水流速度相匹配。
喷射管(16)前段设鱼雷发射管(12)，中间通过隔离阀(13)隔开，喷射管(16)管径与鱼雷发射管(12)一致或大于鱼雷发射管(12)管径，并利于鱼雷发射，鱼雷发射可以采用以下几种方法：
第1种方法：利用压缩空气作为发射能源。发射时隔离阀(13)打开，压缩空气送到发射管的后部，气体在发射管内直接作用在雷尾上，将鱼雷推出发射管，并经喷射管(16)射出艇外。发射气体在鱼雷出管前收回，将气体排到潜艇舱内，以免形成气泡暴露发射艇位置。再关闭隔离阀(13)，抽走发射管内的海水，打开鱼雷发射管(12)后端后盖，为艇内二次装填鱼雷作准备。
第2种方法：自航发射。首先抽净发射管的空气，隔离阀(13)打开，海水进入发射管，然后起动鱼雷动力装置，自行推出发射管，并经喷射管(16)射出艇外。再关闭隔离阀(13)，抽走发射管内的海水，打开鱼雷发射管(12)后端后盖，为艇内二次装填鱼雷作准备。
以上2种发射方法，都应考虑凝结泵(15)的出水在喷射管(16)内对鱼雷的影响，或者关闭一侧凝结泵出水管(14)上的闸阀，要考虑艇尾方向的改变对发射的影响。
第3种方法：利用凝结泵(15)的出水作为动力进行发射。首先抽净发射管的空气，隔离阀(13)打开，海水进入发射管，凝结泵出水管(14)设一分支管路经闸阀隔离后通入鱼雷发射管(12)后端，鱼雷发射时打开分支管路闸阀，关闭凝结泵出水管(14)上的闸阀，凝结泵(15)的出水经鱼雷发射管(12)后端将鱼雷推出发射管，并经喷射管(16)射出艇外。再关闭隔离阀(13)和分支管路闸阀，抽走发射管及分支管路内的海水，打开鱼雷发射管(12)后端后盖，为艇内二次装填鱼雷作准备。
也可以采用2颗鱼雷同时发射或其他合适的发射方法。
艇外装填鱼雷：当艇内装填鱼雷比较困难时，可以采用艇外装填鱼雷。把靠近艇首的调节水柜充水，艇尾的调节水柜抽空，借助外力把艇尾翘起，露出艇尾喷射管(16)后装填鱼雷，要考虑倾角对装填鱼雷的影响并采取保护措施。
凝结泵(15)的出水与螺旋桨(20)搅动的水流混合后温度降低，也能减小敌方热寻的鱼雷击中的概率。核潜艇在转弯时可以关闭一侧的喷射管(16)，可以减小核潜艇的转弯半径。当螺旋桨(20)受到破坏后，凝结泵(15)还能为核潜艇提供临时动力返航，方向操纵也可以利用喷射管(16)的水流并加以控制来实现，相当于核潜艇有两套动力系统。
反应堆、汽轮机(10)、凝结泵(15)与给水泵(8)等大功率的设备组合成一个整体，安装在″减震浮筏″上，与外部连接的所有管道采用柔性减震连接；调节泵及其拖动电机由于功率小，其噪音几乎可以忽略，这样大大降低了动力系统的噪音，隐身性能良好。也可以把调节泵及其拖动电机安装在″减震浮筏″上。
“后射”鱼雷可以在将要离开战斗区域时发起攻击，或者攻击后方的敌舰艇(或潜艇)，由于前后方向均能攻击，容易快速占领较好的攻击位置及方向，多装2颗或多颗鱼雷后能提高生存能力和攻击能力。“后射”鱼雷不宜采用线导鱼雷，避免发射后鱼雷导线缠进螺旋桨(20)，无法制导鱼雷。但在螺旋桨停止时或是采取其他安全措施后也可以采用线导鱼雷。
巡航电机(18)平时可以作为直流发电机正常情况下向蓄电池供电，必要时可以和汽轮机(10)一起工作(改为电动机工作方式)，增加推进功率；并且还可以作为应急动力或作巡航时，通过离合联轴器(17)甩开凝结水泵(15)和汽轮机(10)后以电动机方式单独工作。作为直流发电机使用时，输出电压的高低可以利用转速及励磁电流的大小相互配合加以控制。
在制造汽轮机(10)时由于受到叶片强度的影响，体积又不可能太大，使其输出功率受到限制时，可以采用2台汽轮机(10)串联单轴或并联双轴的驱动方式。汽轮机(10)采用再热式高低压包运行方式可以提高其效率。汽轮机(10)的输出功率以能拖动7叶大侧斜高效螺旋桨，最高转速控制在250转/分为参考依据。若汽轮机(10)装配存在困难时，汽轮机(10)和凝结泵(15)之间也可以采用联轴器，取消直连。
Claims (10)
1.一种核潜艇新型动力装置，取消了凝结泵和给水泵的大功率拖动电机及相应的控制设备，使新型动力装置的总体体积减小，利于设备布置，运行时需要散热(或发热)的主要设备数量比现用核潜艇减少，降低动力系统的噪音，隐身性能良好，能量转换环节减少，能量利用效率高，降低艇体内外的温度，减小敌方热寻的鱼雷击中的概率，装备“后射”鱼雷，提高攻击能力和生存能力。其特征是：经济航速电机(兼作发电机使用)一端直接驱动螺旋桨，经济航速电机另一端通过离合联轴器连接凝结泵，凝结泵和汽轮机一端直连，汽轮机另一端通过联轴器驱动给水泵，凝结泵的出水口方向设在艇身尾部的正后方，喷射管前段设鱼雷发射管，中间通过隔离阀隔开，喷射管管径与鱼雷发射管一致或大于鱼雷发射管管径，反应堆、汽轮机、凝结泵与给水泵组合成一个整体，安装在″减震浮筏″上，利用凝结泵的出水作为动力发射鱼雷。
2.根据权利要求1所述的核潜艇新型动力装置，其特征是：汽轮机驱动给水泵、凝结泵、经济航速电机和螺旋桨。
3.根据权利要求1所述的核潜艇新型动力装置，其特征是：经济航速电机兼作发电机使用。
4.根据权利要求1所述的核潜艇新型动力装置，其特征是：经济航速电机一端直接驱动螺旋桨，另一端通过离合联轴器连接凝结泵。
5.根据权利要求1所述的核潜艇新型动力装置，其特征是：凝结泵的出水口方向设在艇身尾部的正后方。
6.根据权利要求1所述的核潜艇新型动力装置，其特征是：凝结泵的喷射管前段设鱼雷发射管，喷射管管径与鱼雷发射管一致或大于鱼雷发射管管径。
7.根据权利要求1所述的核潜艇新型动力装置，其特征是：凝结泵的喷射管和鱼雷发射管通过隔离阀隔开。
8.根据权利要求1所述的核潜艇新型动力装置，其特征是：反应堆、汽轮机、凝结泵与给水泵组合成一个整体，安装在″减震浮筏″上。
9.根据权利要求1所述的核潜艇新型动力装置，其特征是：要求经济航速电机单独提供动力航行时，可以通过离合联轴器甩开凝结泵。
10.根据权利要求1所述的核潜艇新型动力装置，其特征是：利用凝结泵的出水作为动力进行发射鱼雷。
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|---|---|---|---|
| CN2009101411433A CN101891012A (zh) | 2009-05-18 | 2009-05-18 | 核潜艇新型动力装置 |
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| CN (1) | CN101891012A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103474096A (zh) * | 2013-09-12 | 2013-12-25 | 韩先锋 | 交叉管压式重水慢化轻水沸腾反应堆 |
| CN105151256A (zh) * | 2015-10-14 | 2015-12-16 | 杜善骥 | 氢氧燃料发电装置静音核潜艇 |
| CN112406914A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-02-26 | 西南交通大学 | 一种核动力高速列车运行系统及运行方法 |
| CN113044193A (zh) * | 2021-04-01 | 2021-06-29 | 邵阳学院 | 电磁型高速潜艇 |
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2009
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| CN103474096B (zh) * | 2013-09-12 | 2015-08-19 | 韩先锋 | 交叉管压式重水慢化轻水沸腾反应堆 |
| CN105151256A (zh) * | 2015-10-14 | 2015-12-16 | 杜善骥 | 氢氧燃料发电装置静音核潜艇 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20101124 |