CN103775152A - 海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统 - Google Patents
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一种海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统，一种把海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热低位热能转换为低价高位电能和机械能的海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统，由包括：航母、舰船、潜艇发动机系统、主级高压蒸汽发生器系统、次级高压蒸汽发生器系统、(ORC)动力涡轮机发电系统、节流膨胀冷凝器系统、非相变超导热管废热回收系统、变配电系统、PLC智能控制系统等组成。利用流体压力平衡正压循环和0.618黄金分割法，把有机朗肯循环(ORC)动力涡轮机的效率由8～11％提高到86.17％，节约40～50％的燃料消耗。是世界范围内节能、减排、新能源开发利用的重大创新和技术革命，将彻底改变海军航母、舰船、潜艇动力状况，提高续航能力和战斗力，是对海军建设科学技术的创新和重大贡献。
Description
技术领域
一种海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统，一种把海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热热能变为电能和机械能、适合所有海军航母、舰船、潜艇柴油发动机、燃气轮机废热、余热回收利用的海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统。
背景技术
世界上最具成本效益的尚未开发的可再生能源的来源是余热。世界上几乎全部是利用燃油、燃气、燃煤做为燃料而产生电力和各种动力的。由于技术水平的限制，这些不可再生能源的利用率还达不到50％，有一半以上的燃料被以废热、余热的形式排放到空间，造成能源浪费和环境热污染。
以海军航母、舰船、潜艇和汽车发动机为例：海军航母、舰船、潜艇和汽车的汽油发动机热效率(汽油利用率)为23～28％，柴油发动机的热效率(柴油利用率)为42～48％，前者有近70％以上汽油未被利用，后者有近50％以上柴油未被利用。这些不可再生燃料都以废热和余热的形式通过排气管和排风机、烟囱被排放到大气。
把这些废热、余热利用起来，转换成电力、机械动力，把热能转换成电能、机械能，是人类长久以来的梦想。如果实现了这一梦想，就意味着全世界每年可以减少一半的有机燃料浪费和损耗，或者说增加了一倍的能源效率。目前，世界上最有效的是有机朗肯循环(ORC)动力涡轮机<以下统称(ORC)动力涡轮机>发电设备，利用机朗肯 循环(ORC)原理，把低温废热、余热回收，用于有机余热发电。但是，(ORC)动力涡轮机发电系统效率只能达到8～11％，结构复杂、体积庞大，造价昂贵，所以很难在大范围内推广应用。如何提高(ORC)动力涡轮机效率，成了世界难题。本发明《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，是在有机朗肯循环(ORC)原理的基础上，创造出的一种新型循环方式，即流体压力平衡正压循环，利用同种物质、同等压力的流体可以平衡流动的原理，在绝热、保温的条件下，使有机冷媒高压蒸汽多次循环；《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，采用0.618黄金分割法，把发动机废热、余热量化，逐级分配到有机冷媒高压发生器，使海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热热量全部利用，转换为电力和机械轴功率。由于采用了以上循环方式和热量分配方法，把(ORC)动力涡轮机效率从8～11％提高到85％以上，解决了(ORC)动力涡轮机效率低下的世界难题。《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》结构简单、造价低廉、体积小、效率高，降低油耗和排放，提升动力和效率，是世界上废热、余热利用和可再生能源开发、应用领域里的重大创新和技术革命。
我国海疆面积广大，资源丰富，长期以来，沿海周边国家一直觊觎我国海域和资源，矛盾和纠纷不断。最近钓鱼岛事件、黄岩岛争端以及东南诸岛、海域争端，突显了建设强大海军的必要性和急迫性。“海殇则国衰，海强则国兴”，我们必须自主创新，用最先进的、有自主知识产权的世界顶级技术来打造我国现代海军，建立一支强大的海军舰艇和航母力量。《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》的发明和应用，将有助于实现这一梦想和目标。
《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》由包括： 航母、舰船、潜艇柴油机、燃气轮机(以下简称发动机)系统、主级高压蒸汽发生器系统、次级高压蒸汽发生器系统、(ORC)动力涡轮机发电系统、节流膨胀冷凝器系统、非相变超导热管废热回收系统、变配电系统、PLC智能控制系统等组成。《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》把海军航母、舰船、潜艇发动机(柴油机、燃气轮机)产生的废热、余热热能转换成电力或机械轴功率，成倍提高了燃料利用率，减少燃料的消耗40～50％，使(ORC)动力涡轮机效率从8～11％提高到85％以上，减小发动机体积30～35％。利用发动机废热、余热，可以保持低效率损失，减少海军航母、舰船、潜艇燃料补给量、减少基地燃料的贮存量、减少海军航母、舰船、潜艇燃料装载量和油箱体积，提升海军航母、舰船、潜艇的战斗力和续航能力。《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》的发明，对我国海军航母、舰船、潜艇现代化建设有不可估量的贡献。
发明内容
一种《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，一种把海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热热能转变为电能和机械能、适合所有海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热回收利用的海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统。
本发明的主要目的，在于提供一种海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统，采用的动力设备是有机朗肯循环(ORC)动力蜗轮机<以下统称(ORC)动力涡轮机>。(ORC)动力蜗轮机所需要的热源，是海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热。(ORC)动力涡轮机的冷媒高压蒸汽循环方式，是流体压力平衡正压循环，这种流体压 力平衡正压循环区别于有机朗肯循环(ORC)和卡丽娜循环(kalian)。海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热热量被0.618黄金分割法量化后分配到各级高压发生器，以便确定海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统各种设备的规格和配置。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》的动力设备选用的是(ORC)动力涡轮机，(ORC)动力涡轮机使用的热源是海军航母、舰船、潜艇发动机的废热、余热。
发动机废热是指发动机在运行时，活塞、汽缸、传动轴等机械摩擦和燃油在汽缸内爆炸燃烧产生的燃气热量。这部分热量有害无益，所以称作废热。废热以热传导的方式使发动机机体升温，通过发动机机体散发到轮机舱内。降低了发动机的机械效率，使轮机舱内的温度升高。通常采用冷凝水箱和排风机带走部分废热。但是，仍然有大量废热散发在轮机舱内，使轮机舱内温度高达45℃～65℃，不但降低了发动机效率，还造成轮机舱工作环境恶化。废热量约占发动机废热、余热总热量的10％左右。
发动机余热是指发动机排气管内烟气携带的热量，这部分烟气余热温度高达350℃～460℃，烟气被排气管和烟囱排放至大气，造成热能浪费和热污染。因为柴油发动机的热效率(柴油利用率)为42～48％，有近50％以上柴油未被利用，燃气轮机的热效率(汽油利用率)为23～28％，有近70％以上汽油未被利用，这些未被利用的燃油以余热的形式被烟气携带排放至大气。从理论上计算，航母、舰船、潜艇发动机废热、余热总热量大约是航母、舰船、潜艇发动机总动力的50～70％。假如是1000KW的发动机，就有500～700KW被以废热和余热的形式浪费掉。《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系 统》的发明，就是把这些被排放至大气50～70％的废热、余热总热能，转化为电能和机械能，为海军航母、舰船、潜艇提供动力。余热量约占发动机废热、余热总热量的90％左右。
(ORC)动力涡轮机采用有机朗肯循环(ORC)，有机朗肯循环(ORC)是类似于传统的蒸汽涡轮机循环。(ORC)动力涡轮机，是一种利用环保型低沸点有机冷媒工质如：R245、R410A、R134a、氯乙烷等制冷剂做为有机工质循环的动力设备。常规(ORC)动力蜗轮机以余热、地热做热源，热源温度为80℃～250℃。低温热源使高压蒸汽发生器内的环保型低沸点有机液体如：R245等制冷剂，在一定的临介温度下发生液-汽相变，由液态变为汽态，产生4.5-5.5mPa的冷媒高压蒸汽，推动(ORC)动力涡轮机运转，再由(ORC)动力涡轮机带动发电机发电，产生电力，或者直接通过蜗轮蜗杆、齿轮、连轴器、皮带轮等传动方式，产生机械轴功率，完成一个热能转换为电能、机械能过程。R245冷媒高压蒸汽推动(ORC)动力涡轮机运转后，体积膨胀、压力降低，变为低压冷媒冷凝蒸汽，经风冷或水冷后，释放冷凝热热量，在一定的临介温度下，发生汽-液相变，变为低温、低压冷媒液体，再被送入高压蒸汽发生器，吸热后发生液-汽相变，产生高压冷媒蒸汽，继续循环发电，进行能量转换，从而完成一个有机朗肯循环(ORC)。(ORC)动力蜗轮机是是系列化装置。可以根据热源热量大小，从小到大产生1～400KW的动力输出，并且可以用多组装置组合成更大的电力和机械动力系统。(ORC)动力蜗轮机的最大缺点就是效率低下，只有8～11％，大约有90％左右的热源热能被以冷凝热的形式排放到空间，造成极大浪费和热污染，加上系统复杂、造价昂贵，至今不能广泛推广、应用。
上述《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》中， (ORC)动力蜗轮机采用的有机冷媒是R245，R245是一种制冷剂，具有良好的热力学性质。
上述《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》中，(ORC)动力涡轮机的有机冷媒高压蒸汽循环方式，是一种新型循环方式，即流体压力平衡正压循环。流体压力平衡正压循环的原理是：“同种物质的流体在相同压力下可以平衡流动”。根据有机冷媒R245的热工特性，相同的临介温度下，发生液-气相变所产生的蒸汽压力是相同的，所以，冷媒R245在相同临介温度下产生的相同压力的蒸汽，在绝热、保温的条件下，可以在不同容器之间并平衡流动。流体压力平衡正压循环过程，是一个绝热循环过程，必须在保温、绝热的条件下进行。在通常情况下，同种物质的不相同压力的流体，是不可以平衡流动的，只有在不相同压力的流体混合、压力平衡后，才能平衡流动、循环。
上述《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》中的流体压力平衡正压循环系统，由：四组主级高压蒸汽器和四组次级高压蒸汽器两大系统组成。四组主级高压蒸汽循环系统的热源，采用的是航母、舰船、潜艇发动机烟气余热；四组次级高压蒸汽循环系统的热源，其中前三组采用的是主1级(ORC)动力涡轮机排出的低压冷媒冷凝蒸汽的冷凝热；第4组次级高压蒸汽发生器的热源，除了有主1级(ORC)动力涡轮机排出的低压冷媒冷凝蒸汽的冷凝热外，还安装有非相变超导热管放热盘管，引入了发动机废热，另外还有4级(ORC)动力涡轮机排出的低压冷媒冷凝蒸汽的冷凝热，共三个热源。
《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》中的流体压力平衡正压循环是这样进行的：发动机烟气余热进入主1级高压蒸汽发生器后，使冷媒R245液体吸热后发生液-汽相变，产生的R245 冷媒高压蒸汽进入1级(ORC)动力涡轮机，推动1级(ORC)动力涡轮机运转，带动1级发电机发电。
从1级(ORC)动力涡轮机排出的低压R245冷媒冷凝蒸汽，没有按常规循环方式送到冷凝器冷却，而是直接进入次1级高压蒸汽发生器做为热源，使次1级高压蒸汽发生器内R245冷媒液体吸热后发生液-汽相变，产生的R245冷媒高压蒸汽进入主2级高压蒸汽发生器。发动机烟气余热从主1级高压蒸汽发生器出来后，进入主2级高压蒸汽发生器，使冷媒R245液体吸热后发生液-汽相变，产生R245冷媒高压蒸汽，因为与次1级高压蒸汽发生器产生的R245冷媒高压蒸汽压力相等，所以，以流体压力平衡正压循环的方式，混合后进入2级(ORC)动力涡轮机，推动2级(ORC)动力涡轮机运转，带动2级发电机发电。
1级(ORC)动力涡轮机排出的低压R245冷媒冷凝蒸汽，从次1级高压蒸汽发生器出来后，进入次2级高压蒸汽发生器做为热源，2级(ORC)动力涡轮机排出的低压R245冷媒冷凝蒸汽，也直接进入次2级高压蒸汽发生器做为热源，两个压力相等的热源，以流体压力平衡正压循环的方式，在次2级高压蒸汽发生器内，使冷媒R245液体吸热后发生液-汽相变，产生的R245冷媒高压蒸汽进入主3级高压蒸汽发生器。发动机烟气余热从主2级高压蒸汽发生器出来后，进入主3级高压蒸汽发生器，使冷媒R245液体吸热后发生液-汽相变，产生R245冷媒高压蒸汽，因为与次2级高压蒸汽发生器产生的R245冷媒高压蒸汽压力相等，所以，以流体压力平衡正压循环的方式混合后，进入3级(ORC)动力涡轮机，推动3级(ORC)动力涡轮机运转，带动3级发电机发电。
低压R245冷媒冷凝蒸汽从次2级高压蒸汽发生器出来后，进入 次3级高压蒸汽发生器做为热源，3级(ORC)动力涡轮机排出的低压R245冷媒冷凝蒸汽，也直接进入次3级高压蒸汽发生器做为热源，两个压力相等的热源，以流体压力平衡正压循环的方式，进入次3级高压蒸汽发生器内，使冷媒R245液体吸热后发生液-汽相变，产生的R245冷媒高压蒸汽进入主4级高压蒸汽发生器。发动机烟气余热从主3级高压蒸汽发生器出来后，进入主4级高压蒸汽发生器，使冷媒R245液体吸热后发生液-汽相变，产生R245冷媒高压蒸汽，因为与次3级高压蒸汽发生器产生的R245冷媒高压蒸汽压力相等，以流体压力平衡正压循环的方式混合后进入4级(ORC)动力涡轮机，推动4级(ORC)动力涡轮机运转，带动4级发电机发电。
低压R245冷媒冷凝蒸汽从次3级高压蒸汽发生器出来后，进入次4级高压蒸汽发生器做为热源，4级(ORC)动力涡轮机排出的低压R245冷媒冷凝蒸汽，也直接进入次4级高压蒸汽发生器做为热源，非相变超导热管散热盘管，把发动机废热带进次4级高压蒸汽发生器为热源，两个压力相等的热源，以流体压力平衡正压循环的方式，进入次4级高压蒸汽发生器内，加上发动机废热，使冷媒R245液体吸热后发生液-汽相变，产生的R245冷媒高压蒸汽进入5级(ORC)动力涡轮机，推动5级(ORC)动力涡轮机运转，带动5级发电机发电。
低压R245冷媒冷凝蒸汽从次4级高压蒸汽发生器出来后，与从5级(ORC)动力涡轮机排出的低压R245冷媒冷凝蒸汽，共同从低压R245冷媒冷凝蒸汽传输总管，通过孔板节流器进入节流膨胀冷凝器，经海水冷却后，发生汽-液体相变，变为R245冷媒液体，进入贮液罐，被R245冷媒液体循环泵送入各主、次级高压蒸汽发生器，再次吸热、液-汽相变、流动，如此完成一个R245冷媒流体压力平衡正压循环。
通过R245冷媒流体压力平衡正压循环，低压R245冷媒冷凝蒸汽 的冷凝热量被逐级吸收，1级、4级(ORC)动力涡轮机排出的低压R245冷媒冷凝蒸汽，进入次4级高压蒸汽发生器，与非相变超导热管的散热盘管带来的发动机废热组成的三种热源的温度都不高，温度范围在65～100℃之间，次5级高压蒸汽发生器在低温热源下，产生的R245冷媒高压蒸汽压力约464～1261KPa，因此，5级(ORC)动力涡轮机效率大大降低，发电量很少。但是，低压R245冷媒冷凝蒸汽从次4级高压蒸汽发生器和5级(ORC)动力涡轮机排出，进入R245冷媒冷凝蒸汽传输总管后，温度已经降到31.5℃～41.4℃左右，压力也降低到252KPa，成为低温、低压R245冷媒冷凝蒸汽。因为R245冷媒冷凝蒸汽的温度为41.4℃左右，距R245冷媒冷凝液体的温度28～30℃只相差1.5℃～11.4℃，冷凝热量很少，所以，需要的冷却海水量也很少，这就降低了海水冷却水的流量和水泵功率，降低了冷却系统的能耗。现在，世界上所有(ORC)动力涡轮机，因为效率只有8～11％，有90％的热能未被利用，需要消耗大量能源和资金来解决低压冷媒冷凝蒸汽的冷凝热问题，使低压冷媒冷凝蒸汽产生液-汽相变，成为低压冷媒液体。流体压力平衡正压循环彻底解决了(ORC)动力涡轮机的低压冷媒冷凝蒸汽冷凝问题。
上述的《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》中，安装有节流膨胀冷凝器。节流膨胀冷凝器的作用，是把低温、低压R245冷凝蒸汽通过海水冷却，发生汽-液相变，由气态变为液态，成为低温、低压R245液体，进入到贮液罐，再被冷媒泵送到各主、次级高压蒸汽发生器，吸热、产生汽-液相变，变为高压蒸汽，推动(ORC)动力蜗轮机运转，带动发电机发电，转换成电能，或者直接转换成机械能，如此完成一个流体压力平衡正压循环。节流膨胀冷凝器的结构和高压蒸汽发生器基本相同，但是功能和作用不同。节流膨胀冷凝器 的上部，安装有一个孔板节流器，与低压R245冷凝蒸汽传输总管相连。孔板节流器是根据“焦耳-汤姆逊”定律的“节流冷效应”原理设计而成。低压R245冷凝蒸汽经孔板节流后，流量不变，流速提高，压力降低，进入节流膨胀冷凝器后体积突然膨胀，压力陡然降低，密度减小，有利于吸收冷却海水冷量后产生汽-液相变。节流膨胀冷凝器的壳体内部，安装有多根冷却水管组成的冷却管束，海水被海水冷却水泵进入冷却管束，通过管壁与低压R245冷凝蒸汽接触，进行热交换，低压R245冷凝蒸汽吸冷降温，产生汽-液相变，由汽态变为液态，变为低温、低压R245液体进入R245液体贮液器。一般海水温度在20℃～28℃之间，进入节流膨胀冷凝器的低压R245冷凝蒸汽温度在31℃～41℃之间，经冷却后，低压R245冷凝蒸汽的冷凝热量被冷却海水带走，低压R245液体的温度降至28℃～30℃，正符合有机朗肯循环(ORC)对冷凝后冷媒液体温度28～30℃的要求。为了防止和减小海水对冷却管束的腐蚀，海水在进入节流膨胀冷凝器前，要经过淡化去氯处理，或者采用淡水循环冷却系统，进行低压R245冷凝蒸汽冷凝过程。
上述的《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，安装有非相变超导热管废热回收系统，回收发动机废热，为次4级高压蒸汽发生器提供部分热源。发动机废热是指发动机在运行时，活塞、汽缸、传动轴等机械摩擦和燃油在汽缸内爆炸燃烧产生的燃气热量。发动机废热以热传导的方式使发动机机体升温，通过发动机机体散发到轮机舱内。通常采用冷凝水箱和排风机带走部分废热，以保持发动机的机械效率和控制轮机舱内的温度。但是，仍然有大量废热散发在轮机舱内，使轮机舱内温度高达45℃～65℃，不但降低了发动机效率，还造成轮机舱工作环境恶化。非相变超导热管废热回收系统由非 相变超导热管集热器、非相变超导热管集热盘管、非相变超导热管散热盘管、非相变超导热管组成。非相变超导热管集热器安装在发动机冷却风机排气端上，非相变超导热管集热盘管安装在非相变超导热管集热器里。当冷却风机运行时，发动机废热气流穿过非相变超导热管集热盘管，废热热量被非相变超导热管集热盘管吸收并被非相变超导热管快速传递到非相变超导热管散热盘管，非相变超导热管散热盘管安装在次4级高压蒸汽发生器内，传递来的发动机废热成为次4级高压蒸汽发生器的热源之一。非相变超导热管集热系统是一个闲路循环。非相变超导热管的构造区别于普通的相变超导热管，管内工质无须相变，可以弯曲，传热效率和传热密度是普通相变超导热管数倍。非相变超导热管设有保温层。因涉及其他专利，这里不便详述。
上述的《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，为了充分地回收、利用发动机废热和烟气余热，提高(ORC)动力涡轮机效率，减少主、次级高压蒸汽发生器的级次和数量，合理配置海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统中，各种设备的大小，本发明《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，采用0.618黄金分割法，对发动机废热和烟气余热以及R245冷媒低压蒸汽冷凝热热量，分别进行分割、分配。首先，计算出发动机废热、余热的总热量，然后，按0.618黄金分割法，进行分配。主1级高压蒸汽发生器分配的余热量是：发动机总余热量的61.8％，主2级高压蒸汽发生器分配的余热量是：总余热量减去主1级高压蒸汽发生器分配余热量余额的61.8％，主3级高压蒸汽发生器分配的余热量是：总余热量减去主1级加主2级高压蒸汽发生器分配余热量余额的61.8％，主4级高压蒸汽发生器分配的余热量是：总余热量减去主1级加主2级加主3级高压蒸汽发生器分配余热量余额的61.8％。按同样的方法， 次1级高压蒸汽发生器获得的低压蒸汽冷凝热热量，是1级(ORC)动力涡轮机排出R245冷媒低压蒸汽冷凝热总热量的61.8％，次2级高压蒸汽发生器获得的冷凝热热量是：排气冷凝热总热量减去次1级高压蒸汽发生器分配的排气冷凝热热量余额的61.8％，次3级高压蒸汽发生器分配的排气冷凝热热量是：排气冷凝热总热量减去次1级加次2级高压蒸汽发生器分配的排气冷凝热热量余额的61.8％，次4级高压蒸汽发生器分配的排气冷凝热热量是：排气冷凝热总热量减去次1级加次2级加次3级高压蒸汽发生器分配的排气冷凝热热量余额的61.8％。这种0.618黄金分割方法，既量化了发动机余热和R245冷媒低压蒸汽冷凝热热量，使余热和冷凝热热能可控，又能合理设计、确定主、次高压蒸汽发生器、各级(ORC)动力蜗轮机、发电机、高压蒸汽传输管、低压冷凝蒸汽传输管、节流膨胀冷凝器等设备的规格型号和尺寸大小。烟气余热和排气冷凝热热量通过黄金分割后，R245冷媒高、低压蒸汽按照流体压力平衡正压循环方式循环，使90％以上的发动机废热、余热被回收利用，成倍提高燃料利用率，减少燃料的消耗40～50％，使(ORC)动力涡轮机效率从8～11％提高到85％以上，减小发动机体积30～35％，减小贮油量和油箱体积。同时，通过流体压力平衡正压循环，发动机烟气变为低温烟气，最后从烟囱排出，R245冷媒排气冷凝热被回收利用，减少了热污染，降低了冷却水泵的能耗，达到了系统优化组合、余热动力可控、可再生能源的高效应用的目的。
上述的《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，安装有变、配电系统。变、配电系统包括与1～4级发电机相连的输电电缆、变配电柜、电源电缆。输电电缆把1～4级发电机发出的电力传送到变配电柜，变配电柜把输入的电力转换成航母、舰船、潜艇所需要的电压电力，由电源电缆再输送到各用电部门和设备。变配电 柜上设有通讯接口，与智能化PLC控制系统主控电脑相连。
上述的《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，安装有智能化PLC控制系统。所述的智能化PLC控制系统，包括：主控电脑、温度传感器、压力传感器。在主级和次级高压蒸汽发生器上，安装有盘式温度计和压力表。主控电脑根据温度传感器、压力传感器传来的主级和次级高压蒸汽发生器内R245冷媒高压蒸汽的温度和压力信息，经计算后，发出控制信号，自动控制R245冷媒输液管上电动比例积分调节阀的开启度大小，调节送入主级和次级高压蒸汽发生器的R245冷媒液体流量，保证R245冷媒液体在设定的临介温度下，发生液-汽相变，产生压力稳定的R245冷媒高压蒸汽。通过对电动比例积分调节阀的控制，能使主级和次级高压蒸汽发生器产生的R245冷媒高压蒸汽压力平衡，实现流体压力平衡正压循环。智能化PLC控制系统的主控电脑还可以显示、记录海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统中，各部位、部件的运行状况和运行参数，以便操作人员实时操控，确保海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统安全可靠运行。智能化PLC控制系统还设计有报警和故障显示系统，一旦有故障发生，主控电脑可以显示故障部位和性质，提示故障原因，并记录和报警。智能化PLC控制系统可以远程控制和复位，操控人员也可以就地检查和复位。温度计和压力表显示即时温度和压力，做为直接观察、记录依据。智能化PLC控制系统与变配电系统之间有通讯接口，可以随时掌握1～5级发电机运行情况和发电量多少，控制输、配电量额度和输送对象。
采用上述结构后，本发明适合于所有海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热的能量转换，把发动机废热、余热的热能转换为电能和机械能，成为海军航母、舰船、潜艇新动力。流体压力平衡正压循环 使《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》的发明得以实现，使发动机废热、余热这一可再生的清洁热能转换为低价高位电能或机械能。利用余热，可以保持低效率损失，成倍提高燃料利用率，减少燃料的消耗、减小发动机体积，使(ORC)动力涡轮机效率提高到85％以上，实现了(ORC)动力涡轮机多年的梦想。利用发动机废热、余热能量转换，减少了海军航母、舰船、潜艇燃料补给量、减少了基地燃料的贮存量、减少了海军航母、舰船、潜艇燃料装载量和油箱体积，提升海军航母、舰船、潜艇的战斗力和续航能力。《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》的发明，对我国海军航母、舰船、潜艇现代化建设有不可估量的贡献，是可再生能源领域里重大发明和创新，同时造福于人类、服务于社会。
附图说明
说明书附图1为本发明的海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统原理图。
说明书附图2为本发明的主级高压蒸汽发生器结构示意图。
说明书附图3为本发明的次级高压蒸汽发生器结构示意图。
说明书附图4为本发明的节流膨胀冷凝器结构示意图。
说明书附图5为本发明的孔板节流器结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好理解本发明，兹配合附图详细说明。如说明书附图1所示，本发明公开了一种《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，一种所有海军航母、舰船、潜艇都能适用的发动机废热、余热动力系统。
《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，由包括：航母、舰船、潜艇柴油机、燃气轮机(以下简称发动机)系统、主1～4级高压蒸汽发生器系统、次1～4级高压蒸汽发生器系统、1～4级 (ORC)动力涡轮机发电系统、节流膨胀冷凝器系统、非相变超导热管废热回收系统、变配电系统、PLC智能控制系统等组成。其中包括：发动机1、发动机排烟管2、冷却排风机3、非相变超导热管集热器4、非相变超导热管集热盘管4-1、非相变超导热管4-2、非相变超导热管散热盘管4-3、主1级高压蒸汽发生器5、排烟管束5-1、R245冷媒液体5-2、R245冷媒高压蒸汽5-3、高压蒸汽传输管5-4、低压冷凝蒸汽传输管5-5、主2级高压蒸汽发生器6、排烟管束6-1、R245冷媒液体6-2、R245冷媒高压蒸汽6-3、高压蒸汽传输管6-4、低压冷凝蒸汽传输管6-5、主3级高压蒸汽发生器7、排烟管束7-1、R245冷媒液体7-2、R245冷媒高压蒸汽7-3、高压蒸汽传输管7-4、低压冷凝蒸汽传输管7-5、主4级高压蒸汽发生器8、排烟管束8-1、R245冷媒液体8-2、R245冷媒高压蒸汽8-3、高压蒸汽传输管8-4、低压冷凝蒸汽传输管8-5、1级(ORC)动力涡轮机9、1级发电机9-1、2级(ORC)动力涡轮机10、2级发电机10-1、3级(ORC)动力涡轮机11、3级发电机11-1、4级(ORC)动力涡轮机12、4级发电机12-1、5级(ORC)动力涡轮机13、5级发电机13-1、次1级高压蒸汽发生器14、低压冷凝蒸汽排气管束14-1、R245冷媒液体14-2、R245冷媒高压蒸汽14-3、高压蒸汽传输管14-4、低压冷凝蒸汽传输管14-5、次2级高压蒸汽发生器15、低压冷凝蒸汽排气管束15-1、R245冷媒液体15-2、R245冷媒高压蒸汽15-3、高压蒸汽传输管15-4、低压冷凝蒸汽传输管15-5、次3级高压蒸汽发生器16、低压冷凝蒸汽排气管束16-1、R245冷媒液体16-2、R245冷媒高压蒸汽16-3、高压蒸汽传输管16-4、低压冷凝蒸汽传输管16-5、次4级高压蒸汽发生器17、低压冷凝蒸汽排气管束17-1、R245冷媒液体17-2、R245冷媒高压蒸汽17-3、高压蒸汽传输管17-4、低压冷凝蒸汽传输管17-5、R245 冷媒低压冷凝蒸汽总排气管18、孔板节流器18-1、节流膨胀冷凝器19、海水冷却管束19-1、R245冷媒低压冷凝蒸汽19-2、R245冷媒低压液体19-3、海水冷却水泵20、R245冷媒低压液体贮液罐21、R245冷媒低压液体循环泵22、R245冷媒低压液体输送管22-1、电动比例积分调节阀23、输电电缆24、变、配电柜25、圆盘式温度计26、压力表27、智能化PLC控制系统28、主控电脑28-1、温度传感器28-2、压力传感器28-3。其中：
如附图2所示，主1级高压蒸汽发生器5内，安装有排烟管束5-1、排烟管束5-1由多根无缝钢管组成。主1级高压蒸汽发生器5的两端，分别设有发动机烟气管2的进口和出口，在主1级高压蒸汽发生器5的上部，设有高压蒸汽传输管5-4、在主1级高压蒸汽发生器5的下部，设有R245冷媒低压液体送管22-1和电动比例积分调节阀23。主2～4级高压蒸汽发生器6、7、8和主1级高压蒸汽发生器结构相同，只是在主6、7、8级高压蒸汽发生器上部，分别增加了一个高压蒸汽传输管14-4、15-4、16-4，分别与次1～3级高压蒸汽发生器相连。
如附图3所示，次1级高压蒸汽发生器14内，安装有低压冷凝蒸汽排气管束14-1、排气管束14-1由多根无缝钢管组成。在次1级高压蒸汽发生器14的上部，设有高压蒸汽传输管14-4，与主2级高压蒸汽发生器6相连。在次1级高压蒸汽发生器14的两端，分别设有低压冷凝蒸汽传输管5-5和14-5，在次1级高压蒸汽发生器14的下部，设有R245冷媒低压液体送管22-1和电动比例积分调节阀23。次2～4级高压蒸汽发生器和次1级高压蒸汽发生器结构相同，通过低压冷凝蒸汽传输管14-5、15-5、16-5相连。为了减小R245冷媒低压冷凝蒸汽的阻力，低压冷凝蒸汽传输管5-5、14-5、15-5、16-5管 径，都分别逐级加大。R245冷媒低压冷凝蒸汽总输出管径18，大于所有低压冷凝蒸汽传输管5-5、14-5、15-5、16-5管径，以满足R245冷媒低压冷凝蒸汽总输出管18内传输流速的需要。
如附图4所示，节流膨胀冷凝器19的结构，近似于主级高压蒸汽发生器的结构，属于干式换热器的范畴。在节流膨胀冷凝器19的上部，安装有孔板节流器18-1，与R245冷媒低压冷凝蒸汽总输出管18相连。在节流膨胀冷凝器19的内部，设有海水冷却水管束19-1，海水冷却水管束19-1是普通的不锈钢管，内壁光滑，做过防腐处理。节流膨胀冷凝器19的下部，通过R245液体输送管22-1与R245液体贮液罐21相连。节流膨胀冷凝器19的两端，分别设有冷却海水进入口和出口，冷却海水进入口与海水冷却水泵20相连。R245冷媒液体贮液罐21与R245液体循环泵22相连，R245液体循环泵22通过R245液体输送管22-1和电动比例积分调节阀23把R245液体输送入各主、次级高压蒸汽发生器中。
有了上述结构后，《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》的实施方式是：当海军航母、舰船、潜艇发动机1启动、运行后，发动机废热和烟气余热即时产生。约350℃～460℃的发动机烟气携带余热从排烟管2排出，进入主1级高压蒸汽发生器5，穿过排烟管束5-1，发动机烟气余热通过排烟管束5-1的各支管管壁，把余热热量传导给R245冷媒液体5-2，R245冷媒液体5-2吸热后，在临介温度350℃～460℃下发生液-汽相变，产生4.5～5.5mPa的R245冷媒高压蒸汽5-3，R245冷媒高压蒸汽5-3经高压蒸汽传输管5-4进入1级(ORC)动力涡轮机9，推动1级(ORC)动力涡轮机9运转，由1级(ORC)动力涡轮机9带动1级发电机9-1发电。根据0.618黄金分割法分配，主1级高压蒸汽发生器分配到的发动机烟气余热量 是发动机总余热量的61.8％。发过电后的R245冷媒高压蒸汽5-3，成为低压R245冷媒冷凝蒸汽，从1级(ORC)动力涡轮机9排出，经过低压冷凝蒸汽传输管5-5，进入次1级高压蒸汽发生器，成为次1级高压蒸汽发生器的热源。根据0.618黄金分割法分配，次1级高压蒸汽发生器分配到的热源热量，是1级(ORC)动力涡轮机排出的低压R245冷媒冷凝蒸汽总冷凝热量的61.8％。因为1级(ORC)动力涡轮机的效率为10％，所以，次1级高压蒸汽发生器分配到的热源热量，等于发动机总余热量×61.8％×(1-10％)。为了充分利用高温余热，发挥高压蒸汽发生器的最大效率，《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》把1级发电机发电量定为余热发电总量的61.8％，把次1级高压蒸汽发生器的发电能力定为低压R245冷媒冷凝蒸汽总发电能力的61.8％，并以此确定1级(ORC)动力涡轮机9、1级发电机9-1和次1级高压蒸汽发生器的大小和规格型号。然后，再按0.618黄金分割法，依次确定主2～4级高压蒸汽发生器、2～4级(ORC)动力涡轮机、2～5级发电机以及次2～4级高压蒸汽发生器的规格型号的大小。
因为主1～4级高压蒸汽发生器的结构基本相同，R245冷媒高压蒸汽循环系统的能量转换过程也一样。350℃～460℃的发动机烟气在主1级高压蒸汽发生器内消耗了61.8％的余热热量后，流量不变，温度由350℃～460℃降到216.3℃～284.2℃，经排烟管进入主2级高压蒸汽发生器6，发动机烟气余热通过排烟管束6-1的各支管管壁，把余热热量传导给R245冷媒液体6-2，R245冷媒液体6-2吸热后，在临介温度216.3℃～284.2℃下发生液-汽相变，产生2.78～3.4mPa的R245冷媒高压蒸汽6-3，R245冷媒高压蒸汽6-3和从次1级高压蒸汽发生器产生的R245冷媒高压蒸汽14-3压力相同，通过流体压力 平衡正压循环方式循环，R245冷媒高压蒸汽6-3和14-3，在主2级高压蒸汽发生器6内混合后，从高压蒸汽传输管6-4进入2级(ORC)动力涡轮机10，推动2级(ORC)动力涡轮机10运转、带动2级发电机10-1发电。
从2级(ORC)动力涡轮机10排出的低压R245冷媒冷凝蒸汽，从低压冷凝蒸汽传输管6-5进入次2级高压蒸汽发生器15，成为次2级高压蒸汽发生器15的热源，因为2级(ORC)动力涡轮机的效率为10％，所以，进入2次级高压蒸汽发生器15的热源热量等于进入2级(ORC)动力涡轮机10的R245冷媒高压蒸汽6-3热量的90％(1-10％)温度为133.7℃～175.6℃。同时，还有从次1级高压蒸汽发生器14出来、经低压冷凝蒸汽传输管14-5进入的133.7℃～175.6℃低压冷凝蒸汽，也做为次2级高压蒸汽发生器15的热源，这部分热源热量等于进入次1级高压蒸汽发生器15的低压冷凝蒸汽热量的61.8％。因为进入次2级高压蒸汽发生器15的低压冷凝蒸汽两个热源温度相等，压力也相等，所以，可以通过流体压力平衡正压循环方式循环，共同进入次2级高压蒸汽发生器15做为热源。次2级高压蒸汽发生器15内的R245冷媒低压液体15-2，在吸收热源热量后，发生液-汽相变，产生高压蒸汽15-3，高压蒸汽15-3的温度为133.7℃～175.6℃，从高压蒸汽传输管15-4进入主3级高压蒸汽发生器7。从主2级高压蒸汽发生器6出来的133.7℃～175.6℃发动机烟气进入主3级高压蒸汽发生器7，发动机烟气余热通过排烟管束7-1的各支管管壁，把余热热量传导给R245冷媒液体7-2，R245冷媒液体7-2吸热后，在临介温度133.7℃～175.6℃下发生液-汽相变，产生1.71～2.1mPa的R245冷媒高压蒸汽7-3，R245冷媒高压蒸汽7-3和从次2级高压蒸汽发生器产生的R245冷媒高压蒸汽15-3压力相同，通过流 体压力平衡正压循环方式循环，在主3级高压蒸汽发生器7内混合后，从高压蒸汽传输管7-4进入3级(ORC)动力涡轮机11，推动3级(ORC)动力涡轮机11运转、带动3级发电机11-1发电。
从3级(ORC)动力涡轮机11排出的低压R245冷媒冷凝蒸汽，经低压冷凝蒸汽传输管7-5进入次3级高压蒸汽发生器16，成为次3级高压蒸汽发生器16的热源，因为3级(ORC)动力涡轮机11的效率为10％，所以，进入次3级高压蒸汽发生器16的热源热量等于进入3级(ORC)动力涡轮机11的R245冷媒高压蒸汽7-3热量的90％(1-10％)，温度为82.6℃～108.5℃。同时，还有从次2级高压蒸汽发生器15出来、经低压冷凝蒸汽传输管15-5进入的82.6℃～108.5℃低压冷凝蒸汽，也做为次3级高压蒸汽发生器16的热源，这部分热源热量等于进入次2级高压蒸汽发生器15的低压冷凝蒸汽热量的61.8％。因为两个热源温度相等，压力也相等，所以，可以通过流体压力平衡正压循环方式循环，共同进入次3级高压蒸汽发生器16做为热源。次3级高压蒸汽发生器16内的R245冷媒低压液体16-2，在吸收热源热量后，发生液-汽相变，产生高压蒸汽16-3，从高压蒸汽传输管16-4进入主4级高压蒸汽发生器8，高压蒸汽16-3的温度为82.6℃～108.5℃。从主3级高压蒸汽发生器7出来的82.6℃～108.5℃发动机烟气进入主4级高压蒸汽发生器8，发动机烟气余热通过排烟管束8-1的各支管管壁，把余热热量传导给R245冷媒液体8-2，R245冷媒液体8-2吸热后，在临介温度82.6℃～108.5℃下发生液-汽相变，产生1.05～1.3mPa的R245冷媒高压蒸汽8-3，R245冷媒高压蒸汽8-3和从次3级高压蒸汽发生器产生的R245冷媒高压蒸汽16-3压力相同，通过流体压力平衡正压循环方式循环，在主4级高压蒸汽发生器8内混合后，从高压蒸汽管8-4进入4级(ORC) 动力涡轮机12，推动4级(ORC)动力涡轮机12运转、带动4级发电机12-1发电。
从4级(ORC)动力涡轮机12排出的低压R245冷媒冷凝蒸汽，经低压冷凝蒸汽传输管8-5进入次4级高压蒸汽发生器17，成为次4级高压蒸汽发生器17的热源，因为4级(ORC)动力涡轮机12的效率为10％，所以，进入次4级高压蒸汽发生器17的热源热量等于进入4级(ORC)动力涡轮机12的R245冷媒高压蒸汽8-3热量的90％(1-10％)，温度为51℃～67℃。同时，还有从次3级高压蒸汽发生器16出来、经低压冷凝蒸汽传输管16-5进入的51℃～67℃低压冷凝蒸汽，也做为次4级高压蒸汽发生器17的热源，这部分热源热量等于进入次4级高压蒸汽发生器16的低压冷凝蒸汽热量的61.8％。因为两个热源温度相等，压力也相等，所以，可以通过流体压力平衡正压循环方式循环，共同进入次4级高压蒸汽发生器17做为热源。在次4级高压蒸汽发生器17内还安装有非相变超导热管散热盘管4-3，非相变超导热管散热盘管4-3，把通过非相变超导热管4-2传来的，非相变超导热管吸热盘管4-1吸收的发动机废热，在次4级高压蒸汽发生器17内散发，做为第三个热源。次4级高压蒸汽发生器17内的R245冷媒低压液体17-2，在吸收三个热源热量后，发生液-汽相变，产生高压蒸汽17-3，高压蒸汽17-3的温度为51℃～67℃，压力为0.65～0.80mPa，从高压蒸汽管17-4进入5级(ORC)动力涡轮机13，推动5级(ORC)动力涡轮机13运转、带动5级发电机13-1发电。
从主1级高压蒸汽发生器进入的发动机烟气余热热量，从2～4级高压蒸汽发生器循环流动，被R245冷媒低压液体逐级吸收，发生液-汽相变，产生高压蒸汽，推动1～5级(ORC)动力涡轮机运转、 带动1～5级发电机发电。温度从350℃～460℃降为51℃～67℃，最后进入烟囱，排放到大气，如此完成一个发动机烟气余热热能转换为电能过程。
从1级(ORC)动力涡轮机9排出的216.3℃～284.2℃低压冷凝蒸汽，从次1～4级高压蒸汽发生器逐级循环后，冷凝热量被逐级吸收，温度从216.3℃～284.2℃降为51℃～67℃。低压冷凝蒸汽通过低压冷凝蒸汽传输总管18进入孔板节流器18-1，如附图5所示，孔板节流器18-1有多根小孔径节流管，根据“焦耳-汤姆逊”定律的“节流冷效应”原理，R245冷媒低压冷凝蒸汽经孔板节流器18-1节流后，流量不变，流速增高、压力降低，然后进入节流膨胀冷凝器19，在节流膨胀冷凝器19内，低压冷凝蒸汽体积突然膨胀，密度变小，与海水冷却管束19-1各支管的外表面接触，进行热交换，吸收20℃～30℃冷却海水的冷量，产生汽-液相变，由汽态变为液态，成为R245冷媒低压液体。R245冷媒低压液体从节流膨胀冷凝器19下部进入R245冷媒贮液罐21，被R245冷媒液体循环泵22经R245冷媒输液管22-1和电动比例积分调节阀23进入各主、次级高压蒸汽发生器，如此完成一个R245冷媒流体压力平衡正压循环。
R245冷媒流体压力平衡正压循环过程是一个绝热循环过程，《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》的所有装置和设备，都有保温层保温，R245冷媒流体压力平衡正压循环是在绝热的条件下进行的。保温层选择的保温材料为硬质聚胺脂发泡材料或难燃橡塑保温材料。保温材料的性能和等级，按海军航母、舰船、潜艇规定的标准执行。
根据0.618黄金分割法，1～5级(ORC)动力涡轮机9～13获得不同的发动机废热、余热量，所带动的1～5级发电机9-1～13-1 的发电量也不相同。为了充分利用高温余热，发挥高压蒸汽发生器的最大效率，首先按燃气轮机70％、柴油发动机50％的功率，来确定《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》的发电能力，这样就简化了热能转换计算过程，以量化发动机废热、余热总热热量。然后，把1级发电机9-1发电量定为发动机废热、余热发电总量的61.8％；把次1级高压蒸汽发生器的发电能力，定为从1级(ORC)动力涡轮机9排出的低压R245冷媒冷凝蒸汽总发电能力的61.8％。以此确定1级(ORC)动力涡轮机9、1级发电机9-1和主1级高压蒸汽发生器5、次1级高压蒸汽发生器14的大小和规格型号。再按0.618黄金分割法，依次确定主2～4级高压蒸汽发生器、2～5级(ORC)动力涡轮机、2～5级发电机以及次2～4级高压蒸汽发生器的规格型号和大小。
《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》的发电量和发电能力按以下方法计算，以1000KW燃气轮机为例：
燃气轮机电力功率＝1000KW (ORC)动力涡轮机效率10％
废热、余热发电能力＝1000KW×70％＝700KW其中：
废热＝700KW×10％＝70KW
余热＝700KW-70KW＝630KW
1级发电机9发电量＝630KW×0.618＝389.34KW(先设定)
2级发电机10发电量＝(630-389.34)KW×0.618×10％＝14.87KW
3级发电机11发电量＝(630-389.34-14.87)KW×0.618×10％＝13.95KW
4级发电机12发电量＝(630-389.34-14.87-13.95)KW×0.618×10％＝13.09KW
次1级高压蒸汽发生器的发电能力＝(630-389.34)KW×0.618×(1-10％)＝133.85KW(先设定)
次2级高压蒸汽发生器的发电能力＝(630-389.34-133.85+14.87× 90％)KW×0.618×10％＝8.25KW
次3级高压蒸汽发生器的发电能力＝(630-389.34-133.85-8.25+13.9×90％)KW×0.618×10％＝6.86KW
次4级高压蒸汽发生器的发电能力＝(630-389.34-133.85-8.25-6.86+13.09×90％+70)KW×0.618×10％＝10.72KW
5级发电机12发电量＝(630-389.34-14.87-13.95-13.09)KW×0.618×10％+10.72KW＝23.0KW
《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》的总发电能力和发电机配置：
1级发电机9＝389.34KW≌400KW(先设定)
2级发电机10＝14.87KW+133.85KW＝148.72KW≌150KW
3级发电机11＝13.95KW+8.25KW＝22.2KW≌25KW
4级发电机12＝13.09KW+6.86KW＝19.95KW≌20KW
5级发电机13＝12.28KW+10.72KW＝23KW≌25KW
从以上计算，《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》的总发电能力为：
(389.34+148.72+22.2+19.95+23)KW＝603.21KW
发动机废热、余热利用率为：
603.21KW÷700KW×100％＝86.17％
从以上计算可以看出，《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，通过流体压力平衡正压循环，(ORC)动力涡轮机效率从8～11％提高到86.17％，达到8倍以上；燃料利用率提高近1倍
上述的《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》中，1～5级发电机发出的电力，通过输电电缆24，传输到变配电柜25， 然后根据航母、舰船、潜艇各部位对电力的需求配送，或者把电力通过电动机转换为机械轴功率。
上述的《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》中，智能化PLC控制系统28中的主控电脑28-1，通过温度传感器28-2、压力传感28-3传递的信息，始终对主、次1～5级高压发生器、1～5级(ORC)动力涡轮机、1～5级发电机运行进行监控，记录运行数据和运行状态，主控电脑28-1通过通讯接口与变配电柜25连接，随时掌握发电、变配电、输电信息，控制变配电柜25有序工作。主控电脑28-1可以远程控制，操作人员也可以通过安装在各部位的圆盘式温度表26、压力表27，实施现场监控，以保证《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》正常运行。如果系统某部位发生故障和异常状态，主控电脑28-1报警系统可以报警并显示故障位置和故障原因，实施远程控制关、停相关部件和设备，防止大故障发生，避免大事故出现。
上述《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，由于采用流体压力平衡正压循环，把海军航母、舰船、潜艇发动机(柴油机、燃气轮机)产生的废热、余热可再生热能，转换成低价电力和机械轴功率，把(ORC)动力涡轮机效率从8～11％提高到86.17％，达到8倍以上，成倍提高了燃料利用率，减少燃料的消耗40～50％，减小发动机体积30～35％。利用发动机废热、余热，可以减少海军航母、舰船、潜艇燃料补给量、减少基地燃料的贮存量、减少海军航母、舰船、潜艇燃料装载量和油箱体积，提升海军航母、舰船、潜艇的战斗力和续航能力。《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》的发明，对我国海军航母、舰船、潜艇现代化建设有不可估量的贡献。在节能、减排科技领域里无疑是一个伟大创举和创新。
Claims (8)
1.一种《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，一种把海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热的低位热能转换为低价高位电能和机械能的《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，由包括：航母、舰船、潜艇发动机系统、主级高压蒸汽发生器系统、次级高压蒸汽发生器系统、有机朗肯循环(ORC)动力涡轮机发电系统、节流膨胀冷凝器系统、非相变超导热管废热回收系统、变配电系统、PLC智能控制系统等组成。其特征在于，所述的《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，利用流体压力平衡正压循环，在绝热、保温的条件下，把有机朗肯循环(ORC)动力涡轮机的效率由8～11％提高到85％以上，节约40～50％的燃料消耗量。
2.如权利要求1所述的《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，其特征在于，所述的《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，利用0.618黄金分割法，把海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热总热量逐级分配到各主、次级高压蒸汽发生器，做为热源，使R245低压冷媒液体发生液-汽相变，产生高压蒸汽，推动有机朗肯循环(ORC)动力涡轮机运转、带动发电机发电。利用0.618黄金分割法，量化发动机废热、余热总热量和发电能力，用以确定、配置发动机废热、余热动力系统各种设备的规格、型号。
3.如权利要求1所述的《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，其特征在于，所述的《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，主1～4级高压蒸汽发生器的热源是海军航母、舰船、潜艇发动机余热；次1～3级高压蒸汽发生器利用的热源是主1级(ORC)动力涡轮机排出的R245低压冷媒冷凝蒸汽的冷凝热。次4级高压蒸汽发生器利用的热源是主1级(ORC)动力涡轮机排出的R245低压冷媒冷凝蒸汽的冷凝热加4级(ORC)动力蜗轮机排出的R245低压冷媒冷凝蒸汽的冷凝热加发动机废热，共三种热源。
4.如权利要求1所述的《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，其特征在于，所述的《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，选择使用的是有机朗肯循环(ORC)动力蜗轮机<以下简称(ORC)动力涡轮机>。这种(ORC)动力蜗轮机可以带动发电机发电。(ORC)动力蜗轮机与发电机组成(ORC)动力蜗轮机发电系统。(ORC)动力蜗轮机发电系统是系列化设备，根据发动机废热、余热热量大小，产生1～400KW的动力输出，可以用多组(ORC)动力蜗轮机发电设备组合成更大动力的发电系统。(ORC)动力蜗轮机以海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热做为热源。热源温度为80℃～460℃。
5.如权利要求1所述的《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，其特征在于，所述的《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，安装了非相变超导热管废热回收系统，用于回收、利用海军航母、舰船、潜艇发动机废热。非相变超导热管传热原理不同于普通相变超导热管，是通过力的扩散传递热量。可以弯曲，做成各种形状。其传热密度可以达到35瓦/平方毫米，是相变超导热管的数十甚至一百多倍，传热效率可以达到95％以上。非相变超导热管涉及他人知识产权和专利，具体内容不便详述。
6.如权利要求1所述的《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，其特征在于，所述的《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，选择使用的冷媒介质是霍尼韦尔245fa(以下简称R245)，R245可用于自然或工业来源的热能转换，采用有机朗肯循环和流体压力平衡正压循环技术，产生电力和机械轴功率。
7.如权利要求1所述的《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，其特征在于，所述的《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，安装有节流膨胀冷凝器，用于冷却R245冷媒低压冷凝蒸汽。节流膨胀冷凝器上安装有孔板节流器，根据“焦耳-汤姆逊”定律的“节流冷效应”原理，R245冷媒低压冷凝蒸汽经过孔板节流器时，流量不变，流速增大，压力降低，进入节流膨胀冷凝器后，体积突然膨胀、密度减小，有利于吸收冷却海水的冷量，产生汽-液相变，由气态变为液态，成为R245冷媒低压液体。
8.如权利要求1所述的《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，其特征在于，所述的《海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统》，安装有PLC智能控制系统。主控电脑通过温度传感器、压力传感器检测的信息，对主、次级高压发生器、发电机及变配电柜进行实时监控，记录运行数据和运行状态，主控电脑通过通讯接口与变配电柜连接，随时掌握发电、变配电、输电信息，控制变配电柜有序工作。主控电脑设有报警系统，可以报警并显示故障位置和故障原因，实施远程控制，关、停相关部件和设备，防止大故障发生，避免大事故出现。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105201682A (zh) * | 2014-06-12 | 2015-12-30 | 三星重工业株式会社 | 用于船舶的废热回收装置 |
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| CN108458516A (zh) * | 2018-02-02 | 2018-08-28 | 江阴市双友空调机械有限公司 | 一种水冷式冷凝器壳体 |
| CN113236390A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-08-10 | 西北工业大学 | 一种适用于水下大深度航行装置的热动力系统 |
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