RU192381U1 - Судовой паровой прямоточный двигатель с ядерным источником тепла и поворотным соплом - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к теплоэнергетике и энергомашиностроению, а именно к паровым прямоточным двигателям, использующим в качестве рабочего тела забортную воду и ядерный источник тепла, и может быть использована для подводных и надводных боевых и гражданских исследовательских или транспортных судов.Судовой паровой прямоточный двигатель с ядерным источником тепла содержит выполненный в виде цилиндрической камеры парогенератор, и, по меньшей мере, два канала с заборниками подачи в него забортной воды, выполненные в кормовой части судна в непосредственной близости к головке камеры парогенератора и расположенные под острым углом в направлении носовой части корпуса судна симметрично его оси в горизонтальной плоскости с двух его боковых сторон.Пропульсивная движущая судно сила создается давлением пара, генерируемым из забортной воды в камере парогенератора и отталкивающим судно от забортной воды, при этом камера снабжена поворотным, в вертикальной и горизонтальной плоскостях, соплом, которое обеспечивает не только создание основной пропульсивной движущей судно силы, но и создание управляющих сил, изменяющих направление движения судна.Мощный и компактный прямоточный паровой двигатель использует в качестве источника рабочего тела среду перемещения - забортную воду и простой малогабаритный ядерный источник тепла для генерации пара и не требует запасов топлива и источника рабочего тела на борту и при этом обеспечивает максимальную грузовместимость судна и открывает возможности создания новых типов надводных и подводных судов.

Description

Полезная модель относится к теплоэнергетике и энергомашиностроению, а именно к паровым прямоточным двигателям, использующим в качестве рабочего тела забортную воду и ядерный источник тепла, и может быть использована для подводных и надводных боевых и гражданских исследовательских или транспортных судов.

В известных паровых СЭУ для судов с химическим источником тепловой энергии или ядерным осуществляется замкнутый цикл генерации водяного пара и многократный цикл преобразования его потенциальной энергии в механическую в паровой турбине, механической паровой турбины в электрическую в электрогенераторе, электрической электрогенератора в механическую в электродвигателе, которая за тем через понижающий редуктор используется для вращения винта, создающего пропульсивную энергию для движения АПЛ.

Известна ядерная энергетическая установка с атомным реактором для атомных подводных лодок, использующая в качестве рабочего тела забортную воду и содержащая канал для подачи воды в парогенератор, парогенератор в котором установлены тепловыделяюще элементы и управляющие реакцией стержни ядерного реактора и реактивное сопло (Патент РФ №2380563).

Известен беспилотный подводный аппарат - торпеда с паровым прямоточным двигателем, использующим в качестве рабочего тела забортную воду, который содержит установленные соосно корпусу канал с заборником для подачи забортной воды в парогенератор и парогенератор, выполненный в виде цилиндрической камеры с торцевой стенкой, у поверхности которой в качестве ядерного источника тепла установлена тепловыделяющая сборка (ТВС) с тепловыделяющими элементами (ТВЭЛ) и управляющими реакцией стержнями, и сопло (Патент РФ №185128 - прототип).

Торпеда является боевым снарядом однократного действия и должна простейшим по конструкции двигателем обеспечивать высокую скорость движения и при взрыве заряда ВВ обеспечивать высокую мощность взрыва.

В известной торпеде это достигнуто прямоточным паровым двигателем, использующим в качестве рабочего тела забортную воду и выполненным соосно корпусу, что снижает гидросопротивление и обеспечивает высокую скорость торпеды, а наличие дополнительной полости, аккумулирующей объем воды, обеспечивает повышение мощности взрыва.

Известный двигатель может быть использован для надводных и подводных судов имеющих большое водоизмещение, исключив необходимость сложных по устройству СЭУ с многократным преобразованием энергии и созданием механической пропульсивной силы габаритным винтом и управление судном еще более габаритными гидродинамическими рулевыми средствами.

Размещение соосно корпусу судна заборника и канала подачи воды в парогенератор, проходящих через полезный объем при этом не требуется, так как он будет ограничивать эффективность его использования, например при размещении газгольдеров, и, кроме того, необходимый объем забортной воды для обеспечения требуемой мощности можно обеспечить не осевым, проходящим через весь корпус судна каналом, а выполненным в кормовой части судна вблизи парогенератора.

При создании технического решения ставились задачи - уменьшение габаритов двигателя за счет сокращения длины канала подачи забортной воды и обеспечение управляемости судном без гидродинамических рулей не только при движении, но и во время стоянки с одновременным упрощением конструкции и улучшением габаритномассовых характеристик хвостового отсека.

Кроме того ставилась задача обеспечить генерацию оптимального объема пара для снижения затрат тепла и выхода его за пределы камеры парогенератора с обеспечением его конденсации внутри камеры парогенератора.

Поставленные задачи решены тем, что:

- двигатель содержит, по меньшей мере, по меньшей мере, два с заборниками канала подачи забортной воды в камеру парогенератора, выполненные в кормовой части судна в непосредственной близости к головке камеры парогенератора и расположенные под острым углом в направлении движения судна симметрично его оси в горизонтальной плоскости с двух его боковых сторон;

- камера парогенератора снабжена поворотным соплом, обеспечивающим изменение направления выходящего из полости камеры потока воды в горизонтальной и вертикальной плоскостях;

- камера парогенератора снабжена, по меньшей мере, одним каналом, сообщающим ее с забортной водой за зоной генерации пара выполненным под острым углом в направлении передней части судна снизу или сбоку.

Размещение каналов подачи забортной воды с заборниками в задней части судна в непосредственной близости к парогенератору упрощает его габариты и обеспечивает эффективное использование всего полезного объема судна.

Использование парового прямоточного двигателя с поворотным соплом обеспечивает не только создание более эффективной пропульсивной силы давлением пара, но и создание управляющих сил, изменяющих направление движения судна.

Отсутствие гребных винтов и кормовых горизонтальных и вертикальных рулей, стабилизаторов и киля, резко упрощает конструкцию механизмов управляющих судном, при этом улучшается наружный обвод хвостовой части судна и уменьшаются ее габариты, что в целом снижает гидросопротивление при движении судна и резко повышает эффективность управления им.

Канал, сообщающий парогенератор с забортной водой исключает генерацию избыточного объема пара, снижает расход тепловой энергии ЯИТ, а так же обеспечивает конденсацию пара внутри и исключает его выход за пределы парогенератора, что исключает шумность при движении боевых судов и затрудняет их обнаружение.

Для заднего хода (реверса) или торможения, а так же для изменения направления движения судна за парогенератором перед поворотным соплом могут быть установлены шарнирно задвижки с приводом, изменяющие направление осевого потока воды на боковое или обратное под углом.

Судовой паровой прямоточный двигатель с ядерным источником тепла и поворотным соплом характеризуется простой конструкцией, минимальными весом и габаритами и обеспечивает реализацию принципиально нового способа создания пропульсивной силы - избыточным давлением пара генерируемого из забортной воды с созданием эффекта «стоячего» объема избыточного давления пара, одновременно генерируемого и конденсируемого при контакте с забортной водой в полости камеры парогенератора и непрерывно создающего пропульсивную, толкающую судно силу, отталкивая его от забортной воды.

Мощный и компактный прямоточный паровой двигатель с использованием в качестве источника рабочего тела среду перемещения - забортную воду и простой малогабаритный ЯИТ не требует на борту запасов топлива и источника рабочего тела на борту и обеспечивает максимальную грузовместимость судна и открывает возможности создания новых типов надводных и подводных судов.

Например, снабдив лихтер таким двигателем можно превратить его в самостоятельно движущееся плавучее средство, не требующее лихтеровоза, который может в качестве рабочих емкостей содержать газгольдеры для сжиженного газа и использоваться для перевозки их в надводном положении или в подводном, с не большой глубиной погружения, обеспечивающей проходку подо льдами по Севморпути без всплытия, круглогодично, изобаты которых 100 метров, что для обычной АПЛ в подводном положении не возможно, при этом не требуется герметичный высокопрочный корпус, герметизируется только рубка - аналог авиационной кабины и бытовое помещение для экипажа с обеспечением визуального наблюдения за обстановкой перед АПЛ при стоянке и движении.

Прямоточный паровой двигатель может быть выполнен с одноконтурным ЯИТ, при этом полностью исключается радиационное загрязнение забортной воды, проходящей через двигатель, и он может быть использован для речных и озерных судов, перемещающихся в ограниченном по объему водном бассейне (реки, озера).

Claims (4)

1. Судовой паровой прямоточный двигатель, использующий в качестве рабочего тела забортную воду, в качестве источника тепла для генерации пара - ядерный источник тепла и содержащий канал с заборником для подачи забортной воды в камеру парогенератора, камеру парогенератора с установленным в ней ядерным источником тепла, содержащим тепловыделяющую сборку (ТВС) и управляющие реакцией стержни, отличающийся тем, что канал выполнен под острым углом в направлении носовой части корпуса судна снизу.

2. Судовой паровой прямоточный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что содержит два канала, выполненные в кормовой части судна в непосредственной близости к головке камеры парогенератора и расположенные под острым углом в направлении носовой части корпуса судна симметрично его оси в горизонтальной плоскости с двух его боковых сторон.

3. Судовой паровой прямоточный двигатель по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что камера парогенератора снабжена поворотным соплом, обеспечивающим изменение направления выходящего из полости камеры потока воды в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

4. Судовой паровой прямоточный двигатель по любому из пп. 1 – 3, отличающийся тем, что за парогенератором перед поворотным соплом установлены шарнирно задвижки с приводом, изменяющие направление осевого потока воды на боковое или обратное под углом.