RU2435699C1

RU2435699C1 - Power unit of submarine

Info

Publication number: RU2435699C1
Application number: RU2010123141/11A
Authority: RU
Inventors: Олег Николаевич Фаворский (RU); Олег Николаевич Фаворский; Александр Иванович Леонтьев (RU); Александр Иванович Леонтьев; Владимир Николаевич Пялов (RU); Владимир Николаевич Пялов; Владимир Юрьевич Дорофеев (RU); Владимир Юрьевич Дорофеев; Владимир Вартанович Замуков (RU); Владимир Вартанович Замуков; Владимир Алексеевич Федоров (RU); Владимир Алексеевич Федоров; Олег Ошеревич Мильман (RU); Олег Ошеревич Мильман; Алексей Владимирович Кирюхин (RU); Алексей Владимирович Кирюхин
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Санкт-Петербургское Морское Бюро Машиностроения "Малахит"; Закрытое акционерное общество Научно-производственное внедренческое предприятие "Турбокон"
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2011-12-10

Abstract

FIELD: transportation.

SUBSTANCE: invention refers to shipbuilding and manufacturing of submarine power unit. This unit includes system of storage and feed of liquid fuel and oxygen, high-pressure combustion chamber, steam boiler, steam line connecting steam boiler with high-temperature steam turbine, generator, steam condenser with deaerator, as well as ejector, heat exchangers, pumps, pipelines and fittings. Power unit features high-temperature steam superheater, separator, compressor and absorbers. Liquid fuel and oxygen feed lines together with steam line with steam flow of 10-20% of total steam amount produced by steam boiler enter high-temperature steam superheater, and superheated steam pipeline exits superheater and leads to steam line before high-temperature steam turbine. Incondensable gas line after condenser and ejector enters separator which is connected to one absorber by gas pipeline and compressor, and spent gas line after steam boiler is connected to the other absorber. Absorbers are connected to outboard space of submarine via pipelines and pumps. Between steam boiler and absorber in the unit, spent gas line can be connected in series with heat exchangers mounted on liquid fuel and oxygen feed lines of high-pressure combustion chamber.

EFFECT: enhanced efficiency and performance of power unit by raising steam temperature before steam feed to steam turbine; reduced possibility of submarine detection.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, а именно к энергетическим установкам, и может быть использовано для производства электроэнергии и тепла.The invention relates to the field of energy, namely to power plants, and can be used to produce electricity and heat.

Известно устройство по патенту РФ 2376481 «Электрогенерирующий комплекс с комбинированным топливом», содержащее паровую турбину, паровой котел, конденсатор, высокотемпературный водородный пароперегреватель, установку для производства кислорода, установку для паровой конверсии природного газа в водород, теплообменники, трубопроводы, арматуру.A device is known according to the patent of the Russian Federation 2376481 "Electric generating complex with combined fuel", containing a steam turbine, steam boiler, condenser, high-temperature hydrogen superheater, installation for oxygen production, installation for steam conversion of natural gas to hydrogen, heat exchangers, pipelines, valves.

Недостатком этого комплекса является невозможность его эксплуатации в замкнутом пространстве подводной лодки из-за ограниченных запасов воздуха.The disadvantage of this complex is the impossibility of its operation in the confined space of a submarine due to limited air reserves.

Известна энергетическая установка французского проекта MESMA, (УДК: 629.5.073.4, книга «Подводные лодки с анаэробными энергетическими установками», автор Э.Л.Мышинский, г.Санкт-Петербург, ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова, 2006 г., стр.65), которая содержит систему хранения жидких топлива и кислорода, камеру сгорания высокого давления, паровой котел, паровую турбину, конденсатор, насосы, теплообменники, трубопроводы и арматуру.The well-known power plant of the French project MESMA, (UDC: 629.5.073.4, the book "Submarines with anaerobic power plants", author E.L. Myshinsky, St. Petersburg, Central Research Institute named after Academician A.N. Krylov, 2006 ., p. 65), which contains a liquid fuel and oxygen storage system, a high pressure combustion chamber, a steam boiler, a steam turbine, a condenser, pumps, heat exchangers, pipelines and valves.

Недостаток описанной в вышеупомянутой книге анаэробной энергетической установки подводной лодки (ПЛ) заключается в том, что продукты сгорания выводятся за борт подводной лодки без предварительного растворения. Нерастворенные продукты сгорания являются признаками, по которым можно определить наличие, местонахождение, курс ПЛ, т.е. демаскировать ПЛ.The disadvantage of the anaerobic power plant of the submarine described in the aforementioned book is that the combustion products are discharged overboard of the submarine without preliminary dissolution. Insoluble combustion products are signs by which one can determine the presence, location, course of submarines, i.e. unmask submarines.

Кроме того, температура водяного пара, генерируемого в паровом котле, ограничена температурой разрушения теплообменных труб котла. Передача тепла топлива перегретому пару через стенки теплообменных труб при высоком давлении пара внутри них возможна при умеренных температурах и в настоящее время не превышает 600-620°С, это ограничение не позволяет повысить энергетическую эффективность установки.In addition, the temperature of the water vapor generated in the steam boiler is limited by the temperature of the destruction of the heat transfer tubes of the boiler. The transfer of fuel heat to superheated steam through the walls of heat transfer pipes at high vapor pressure inside them is possible at moderate temperatures and currently does not exceed 600-620 ° C, this limitation does not allow to increase the energy efficiency of the installation.

Задача изобретения заключается в повышении эффективности энергетической установки ПЛ, коэффициента полезного действия, а также в улучшении скрытности ПЛ.The objective of the invention is to increase the efficiency of the power plant of the submarine, the efficiency, as well as to improve the stealth of the submarine.

Задача решена тем, что энергетическая установка ПЛ, содержащая заключенные в корпусе ПЛ систему хранения и подачи жидкого топлива и кислорода с трубопроводами подачи их в камеру сгорания высокого давления, паровой котел, паропровод, соединяющий паровой котел с высокотемпературной паровой турбиной, генератор, конденсатор пара со встроенным деаэратором, эжектор, теплообменники, насосы, трубопроводы и арматуру, согласно изобретению, она снабжена высокотемпературным пароперегревателем, сепаратором, компрессором и абсорберами, причем к высокотемпературному пароперегревателю подведены трубопроводы подачи жидкого топлива и кислорода, а также паропровод с расходом водяного пара 10-20% от суммарного количества пара после парового котла, а отведен паропровод перегретого пара, который соединен с паропроводом перед высокотемпературной паровой турбиной, при этом трубопровод неконденсирующихся газов после конденсатора и эжектора подведен к сепаратору, который посредством газопровода и компрессора соединен с одним абсорбером, а трубопровод отработавших газов после парового котла подведен к другому абсорберу, причем абсорберы посредством трубопроводов и насосов сообщены с забортным пространством подводной лодки.The problem is solved in that the power plant of the submarine, containing the liquid fuel and oxygen storage and supply system enclosed in the submarine casing with their supply pipelines to the high-pressure combustion chamber, a steam boiler, a steam pipe connecting the steam boiler with a high-temperature steam turbine, a generator, a steam condenser with built-in deaerator, ejector, heat exchangers, pumps, pipelines and fittings, according to the invention, it is equipped with a high temperature superheater, separator, compressor and absorbers, and the low-temperature superheater has been supplied with pipelines for supplying liquid fuel and oxygen, as well as a steam line with a flow rate of water vapor of 10-20% of the total amount of steam after the steam boiler, and a superheated steam pipe has been allocated, which is connected to the steam pipe in front of the high-temperature steam turbine, while the non-condensing gas pipe after a condenser and an ejector is connected to a separator, which is connected to a single absorber by means of a gas pipeline and a compressor, and the exhaust gas pipeline after steam la is brought to another absorber, wherein the absorber by means of pipelines and pumps in communication with the space outboard of the submarine.

Кроме того, трубопровод отработавших газов после парового котла, до абсорбера последовательно соединен с теплообменниками, которые установлены на трубопроводах подачи жидких топлива и кислорода в камеру сгорания высокого давления.In addition, the exhaust gas pipe after the steam boiler, before the absorber, is connected in series with heat exchangers that are installed on the pipelines for supplying liquid fuel and oxygen to the high-pressure combustion chamber.

Сжигание топлива с кислородом в среде водяного пара в высокотемпературном пароперегревателе позволяет подвести тепло к пару непосредственно, а не через стенку теплообменных труб, находящихся под давлением. При этом можно получить пар с существенно более высокой температурой и, следовательно, повысить коэффициент полезного действия энергоустановки, уменьшить расход топлива, увеличить длительность движения ПЛ без всплытия на поверхность.The combustion of fuel with oxygen in a water vapor medium in a high-temperature superheater allows heat to be supplied to the steam directly, and not through the wall of the heat-exchanged pipes under pressure. In this case, it is possible to obtain steam with a significantly higher temperature and, therefore, increase the efficiency of the power plant, reduce fuel consumption, increase the duration of the submarine without surfacing.

Топливо с кислородом целесообразно сжигать не во всем потоке пара, а в части (10-20%) потока пара, так как при большем количестве пара уменьшается концентрация компонентов топлива и увеличивается доля несгоревшего топлива, что неблагоприятно сказывается на экономичности установки и на работе конденсатора, куда поступает неконденсирующийся газ (кислород и пары топлива).It is advisable to burn fuel with oxygen not in the entire steam stream, but in the part (10-20%) of the steam stream, since with a larger amount of steam the concentration of fuel components decreases and the proportion of unburned fuel increases, which adversely affects the efficiency of the installation and the operation of the condenser, where non-condensing gas (oxygen and fuel vapors) enters.

За счет абсорберов наилучшим образом реализованы параметры, сопутствующие растворению газа, образовавшегося после сгорания топлива в высокотемпературном пароперегревателе и в камере сгорания парового котла: увеличение давления, площади и времени контакта газа с водой. В соответствии с законом Генри количество растворенного в воде газа пропорционально давлению его над поверхностью воды. После абсорберов нерастворенная часть углекислого газа будет отсутствовать или существенно уменьшится.Due to the absorbers, the parameters associated with the dissolution of the gas formed after the combustion of the fuel in the high-temperature superheater and in the combustion chamber of the steam boiler are implemented in the best way: increasing the pressure, area and time of contact of the gas with water. In accordance with Henry's law, the amount of gas dissolved in water is proportional to its pressure above the surface of the water. After absorbers, the undissolved part of carbon dioxide will be absent or significantly reduced.

Предложенное техническое решение энергетической установки за счет введения в ее состав высокотемпературного пароперегревателя позволяет повысить температуру пара перед подачей в турбину до 800-900°C, что позволит увеличить коэффициент полезного действия установки, ее эффективность. Введение сепаратора и абсорберов позволяют разделить газовую и жидкую фазы неконденсирующихся газов после конденсатора и эжектора и растворить газовую фазу при помощи абсорбера в забортной воде, откачав ее насосом за борт подводной лодки, что благоприятно сказывается на скрытности ПЛ.The proposed technical solution of the power plant by introducing a high-temperature superheater into its composition allows to increase the steam temperature before being fed to the turbine up to 800-900 ° C, which will increase the efficiency of the installation, its efficiency. The introduction of a separator and absorbers allows you to separate the gas and liquid phases of non-condensable gases after the condenser and ejector and dissolve the gas phase with an absorber in outboard water, pumping it overboard the submarine with a pump, which favorably affects the stealth of the submarine.

Техническое решение энергетической установки пояснено чертежом, на котором изображена принципиальная схема энергетической установки.The technical solution of the power plant is illustrated in the drawing, which shows a schematic diagram of a power plant.

Энергетическая установка подводной лодки содержит заключенные в корпусе 1 ПЛ систему 2 хранения и подачи жидких топлива и кислорода, камеру сгорания высокого давления 3, паровой котел 4, высокотемпературный пароперегреватель 5, высокотемпературную паровую турбину 6 с генератором 7, конденсатор пара 8 со встроенным деаэратором, эжектор 9, сепаратор 10, компрессор 11, абсорберы 12, 13, теплообменники 14, 15. Энергетическая установка ПЛ содержит также паропровод 16 подачи пара от парового котла с расходом 10-20% от суммарного количества пара после парового котла к высокотемпературному пароперегревателю 5, для чего на паропроводе 17, соединяющем паровой котел 4 с турбиной 6, установлено регулирующее устройство, трубопроводы 18 жидкого топлива и кислорода, трубопровод 19 отработавших газов из парового котла, трубопровод 20 отработавшего водяного пара и неконденсирующихся газов, трубопровод 21 неконденсирующихся газов, трубопровод конденсата 22, трубопровод 23 забортной воды, другие трубопроводы и арматуру.The power plant of the submarine contains a system 2 for storing and supplying liquid fuel and oxygen enclosed in the hull 1 of the submarine, a high pressure combustion chamber 3, a steam boiler 4, a high temperature superheater 5, a high temperature steam turbine 6 with a generator 7, a steam condenser 8 with a built-in deaerator, an ejector 9, a separator 10, a compressor 11, absorbers 12, 13, heat exchangers 14, 15. The power plant of the submarine also contains a steam line 16 for supplying steam from the steam boiler with a flow rate of 10-20% of the total amount of steam after the steam boiler to a high-temperature superheater 5, for which a control device, pipelines 18 of liquid fuel and oxygen, a pipe 19 of exhaust gases from a steam boiler, a pipe 20 of exhaust steam and non-condensing gases, a pipe 21 are installed on the steam pipe 17 connecting the steam boiler 4 to the turbine 6 non-condensable gases, condensate pipe 22, overboard water pipe 23, other pipelines and fittings.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Из системы 2 хранения и подачи жидкого топлива и кислорода последние, испаряясь в теплообменниках 14, 15, поступают в камеру сгорания высокого давления 3. Продукты сгорания поступают в паровой котел 4. Из парового котла 4 отработавшие газы по трубопроводу 19 поступают в абсорбер 13 и, растворяясь в забортной воде, при помощи насоса откачиваются за пределы корпуса 1 ПЛ. Образованный в котле 4 водяной пар максимально достижимой температуры поступает в паропровод 17. Часть пара при помощи регулирующего устройства, установленного на паропроводе 17, в количестве 10-20% от суммарного по трубопроводу 16 поступает в высокотемпературный пароперегреватель 5, в который также после теплообменников 14, 15 поступают топливо и кислород по трубопроводам 18, которые сгорают в присутствии водяного пара без промежуточной теплообменной поверхности и затем продукты сгорания смешиваются в паропроводе 17 с потоком водяного пара после парового котла 4, повышая температуру пара до 800-900°C и более. Высокотемпературная паровая турбина 6 преобразует энергию пара в механическую и передает ее потребителю посредством генератора 7. Отработавший водяной пар и неконденсирующиеся газы поступают по трубопроводу 20 в конденсатор пара 8, где пар конденсируется и газы охлаждаются. Конденсат водяного пара, пройдя встроенный в конденсатор деаэратор, посредством насосов через регенеративные теплообменники 14, 15 по трубопроводу 22 поступает в паровой котел 4. Неконденсирующиеся газы отсасываются эжектором 9 из конденсатора 8 и поступают по трубопроводу 21 в сепаратор 10, в котором разделяются газовая и жидкая фаза. При помощи компрессора 11 газовая фаза с невысоким относительно замкнутого пространства давлением поступает в абсорбер 12 и, растворяясь в забортной воде, поступающей в абсорбер, при помощи насоса откачивается за пределы корпуса 1 ПЛ.From the system 2 for storing and supplying liquid fuel and oxygen, the latter, evaporating in heat exchangers 14, 15, enter the high-pressure combustion chamber 3. The combustion products enter the steam boiler 4. From the steam boiler 4, the exhaust gases through the pipe 19 enter the absorber 13 and, dissolving in sea water, using a pump pumped out of the hull 1 submarine. The water vapor formed in the boiler 4 of the maximum achievable temperature enters the steam line 17. A part of the steam, with the help of a control device installed on the steam line 17, in the amount of 10-20% of the total through the pipe 16 enters the high-temperature superheater 5, which also after heat exchangers 14, 15, fuel and oxygen enter through pipelines 18, which are burned in the presence of water vapor without an intermediate heat exchange surface, and then the combustion products are mixed in the steam line 17 with a stream of water vapor le steam boiler 4, increasing the temperature of the steam to 800-900 ° C or more. A high-temperature steam turbine 6 converts the steam energy into mechanical energy and transfers it to the consumer through the generator 7. The spent water vapor and non-condensable gases are piped 20 to the steam condenser 8, where the steam is condensed and the gases are cooled. Condensed water vapor, passing through the deaerator built into the condenser, is pumped through regenerative heat exchangers 14, 15 through a pipe 22 to a steam boiler 4. Non-condensable gases are sucked off by an ejector 9 from a condenser 8 and fed through a pipe 21 to a separator 10, in which gas and liquid are separated phase. Using the compressor 11, the gas phase with a relatively low pressure space enters the absorber 12 and, dissolving in the seawater entering the absorber, is pumped out of the housing 1 of the submarine using a pump.

Предложенное техническое решение энергетической установки ПЛ позволяет повысить ее эффективность и коэффициент полезного действия за счет повышения температуры водяного пара перед его поступлением в высокотемпературную паровую турбину посредством сжигания жидкого топлива и жидкого кислорода в среде небольшого количества пара после парового котла, 10-20% от суммарного в высокотемпературном пароперегревателе.The proposed technical solution of the PL power plant allows to increase its efficiency and efficiency by increasing the temperature of water vapor before it enters a high-temperature steam turbine by burning liquid fuel and liquid oxygen in a medium of a small amount of steam after a steam boiler, 10-20% of the total high temperature superheater.

Благодаря растворению отработавших газов после парового котла, а также выделенной газовой фракции после конденсатора в забортной воде перед удалением их за борт снижена вероятность обнаружения ПЛ.Due to the dissolution of the exhaust gases after the steam boiler, as well as the separated gas fraction after the condenser in the seawater, before the removal of them overboard, the probability of detecting submarines is reduced.

Claims

1. The submarine’s power plant, comprising a liquid fuel and oxygen storage and supply system enclosed in a submarine’s hull, a high-pressure combustion chamber, a steam boiler, a steam pipe connecting the steam boiler to a high-temperature steam turbine, a generator, a steam condenser with a deaerator, and an ejector , heat exchangers, pumps, pipelines and fittings, characterized in that it is equipped with a high-temperature superheater, separator, compressor and absorbers, and to a high-temperature steam The heater is supplied with pipelines for supplying liquid fuel and oxygen, as well as a steam line with a water vapor flow rate of 10-20% of the total amount of steam produced by the steam boiler, and a superheated steam steam pipe is connected, which is connected to the steam pipe in front of the high-temperature steam turbine, while the pipeline of non-condensing gases after a condenser and an ejector are connected to a separator, which is connected to a single absorber by means of a gas pipe and a compressor, and the exhaust gas pipe after a steam boiler is connected to another CB absorber, the absorber means of pipelines and pumps in communication with the space outboard of the submarine.

2. The power plant according to claim 1, characterized in that in it the exhaust gas pipe after the steam boiler to the absorber is connected in series with heat exchangers that are installed on the pipelines for supplying liquid fuel and oxygen to the high pressure combustion chamber.