RU2823394C1 - Энергетическая система для неатомной подводной лодки с установкой органического цикла Ренкина - Google Patents
Энергетическая система для неатомной подводной лодки с установкой органического цикла Ренкина Download PDFInfo
- Publication number
- RU2823394C1 RU2823394C1 RU2024100284A RU2024100284A RU2823394C1 RU 2823394 C1 RU2823394 C1 RU 2823394C1 RU 2024100284 A RU2024100284 A RU 2024100284A RU 2024100284 A RU2024100284 A RU 2024100284A RU 2823394 C1 RU2823394 C1 RU 2823394C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- line
- exhaust gases
- submarine
- heat exchanger
- exhaust gas
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 160
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 43
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 36
- 239000013535 sea water Substances 0.000 claims description 35
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 34
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 30
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 12
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 abstract description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 15
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 10
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N Pentane Chemical compound CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- -1 for example Substances 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к энергетическим системам, предназначенным для подводных лодок и глубоководных аппаратов. Достигаемый технический результат - возможность создания единой энергетической системы, предназначенной для работы подводной лодки, как в надводном, так и в подводном положении, возможности работы энергетической системы на искусственной газовой смеси из кислорода и отработанного газа, а также увеличение энергетической эффективности установки органического цикла Ренкина и снижение образования пузырькового следа при движении подводной лодки под водой. Работа энергетической системы подводной лодки в надводном положении подводной лодки обеспечивается за счет подвода атмосферного воздуха для сжигания топлива в камере сгорания 2 по магистрали подачи атмосферного воздуха 19, отвода отработанных газов из камеры сгорания 2 по магистрали для отвода отработанных газов 17 за корпус подводной лодки 1 и передачи тепловой энергии паровой установки 5 из камеры сгорания 2 через промежуточный контур 3. Работа энергетической системы в подводном положении обеспечивается за счет разделения потока предварительно охлажденных и осушенных отработанных газов на две части, при этом одна часть отработанных газов перепускается по байпасной линии 22, подсоединенной к магистралям подачи атмосферного воздуха 19 и отвода отработанных газов 17, в смесительную емкость 13 для образования искусственной газовой смеси из отработанных газов и кислорода, а другая часть отработанных газов направляется по линии-перемычки 27 в жидкостно-газовой эжектор 29, который расположен на магистрали подачи забортной воды для охлаждения отработанных газов 32, для растворения (поглощения) в заборной воде и последующего удаления за борт подводной лодки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к энергетическим системам, предназначенных для подводных лодок и глубоководных аппаратов.
Известно устройство высокоэффективного жидкостно-газового эжектора для смешивания жидкости и газа, при этом жидкость на жидкостно-газовый эжектор подается насосом, что позволяет растворять и откачивает газ. Количество жидкости, подаваемой на эжектор, зависит от величины объема утилизируемого газа и принимается таким, чтобы обеспечить эжектором частичную или полную откачку газа (Патент РФ №2018720, опубл. от 30.08.1994).
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, который содержит 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 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.
Известна энергетическая система для неатомной подводной лодки с установкой органического цикла Ренкина, содержащая в корпусе подводной лодки емкости для хранения горючего и окислителя, соединенных с камерой сгорания линиями подачи окислителя и горючего, промежуточный контур с диатермическим маслом и насосом для его циркуляции, установку органического цикла Ренкина, выполненную в виде замкнутого парового контура и содержащую теплообменник-испаритель органической жидкости, паровую турбину с электрогенератором на одном валу, теплообменник-конденсатор пара и насос подачи органической жидкости, магистраль для отвода отработанных газов с компрессором, магистраль забортной охлаждающей воды с насосом, проходящую через теплообменник-конденсатор пара установки Ренкина, устройство для растворения части отработанных газов в забортной воде, байпасную линию для возврата части отработанных газов в камеру сгорания, при этом в качестве окислителя применяется кислород, а промежуточный контур с диатермическим маслом проходит через топочное пространство камеры сгорания и теплообменник-испаритель установки органического цикла Ренкина (Патент РФ №2573540, опубл. от 20.01.2016, Бюл. №2). В качестве органического рабочего тела могут быть использованы различные органические жидкости, например, пентан, толуол и др. Принцип работы энергетическая система основан на разделении отработанных газов на две части, первая часть возвращается снова в рабочий цикл энергетической установки, а другая часть растворяется в забортной воде и выбрасывается за борт подводной лодки при ее подводном положении.
Недостатком данного технического решения является то, что техническое решение предназначено только для работы в подводном положении без связи с окружающей атмосферой, что исключает возможность применения данной энергетической системы при всплытии подводной лодки и движения на поверхности воды. Кроме этого в данном техническом решении не используется теплота отработанных газов, что уменьшает энергетическую эффективность установки органического цикла Ренкина, а некачественное перемешивание и растворение части отработанных газов в забортной воде, для которого применяется устройство в виде емкости для растворения отработанных газов в забортной воде, приводит к появлению пузырькового следа за подводной лодкой при ее движении под водой.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в создании единой энергетической системы, предназначенной для работы подводной лодки, как в надводном, так и в подводном положении, возможности работы энергетической системы на искусственной газовой смеси из кислорода и отработанного газа, а также увеличении энергетической эффективности установки органического цикла Ренкина и снижение образования пузырькового следа при движении подводной лодки под водой.
Для достижения данного технического результата энергетическая система для неатомной подводной лодки с установкой органического цикла Ренкина, содержащая в корпусе подводной лодки емкости для хранения горючего и окислителя, соединенных с камерой сгорания линиями подачи окислителя и горючего, промежуточный контур с диатермическим маслом и насосом для его циркуляции, установку органического цикла Ренкина, выполненную в виде замкнутого парового контура и содержащую теплообменник-испаритель органической жидкости, паровую турбину с электрогенератором на одном валу, теплообменник-конденсатор пара и насос подачи органической жидкости, магистраль для отвода отработанных газов с компрессором, магистраль забортной охлаждающей воды с насосом, проходящую через теплообменник-конденсатор пара установки Ренкина, устройство для растворения части отработанных газов в забортной воде, байпасную линию для возврата части отработанных газов в камеру сгорания, при этом в качестве окислителя применяется кислород, а промежуточный контур с диатермическим маслом проходит через топочное пространство камеры сгорания и теплообменник-испаритель установки органического цикла Ренкина, снабжена теплообменником-перегревателем пара, размещенным между теплообменником-испарителем органической жидкости и паровой турбиной, через который проходит магистраль для отвода отработанных газов, смесительной емкостью, установленной на линии подачи окислителя между емкостью с окислителем и камерой сгорания, магистралью подачи атмосферного воздуха с запорно-регулирующим клапаном и компрессором подачи атмосферного воздуха, магистралью для отвода отработанных газов за корпус подводной лодки при надводном положении с дожимным компрессором, линией-перемычкой с запорно-регулирующим клапаном, расположенной между запорно-регулирующими клапанами на магистрали для отвода отработанных газов и соединяющей магистраль для отвода отработанных газов с устройством для растворения части отработанных газов в забортной воде, при этом между смесительной емкостью и емкостью с окислителем на линии подачи окислителя размещен запорно-регулирующий клапан, байпасная линия подсоединена через запорно-регулирующий клапан к магистрали отвода отработанных газов и магистрали подачи атмосферного воздуха, магистраль отвода отработанных газов снабжена теплообменником-охладителем отработанных газов, соединенного с емкостью конденсата водяных паров отработанных газов, а через теплообменник-охладитель отработанных газов проходит магистраль подачи забортной воды для охлаждения отработанных газов с расположенным на ней насосом и устройством для растворения части отработанных газов в забортной воде.
Устройство для растворения части отработанных газов в забортной воде выполнено в виде жидкостно-газового эжектора.
Введение в состав энергетической системы для неатомной подводной лодки с установкой органического цикла Ренкина теплообменника-перегревателя пара, размещенного между теплообменником-испарителем органической жидкости и паровой турбиной, через который проходит магистраль для отвода отработанных газов, смесительной емкости, установленной на линии подачи окислителя между емкостью с окислителем и камерой сгорания, магистрали подачи атмосферного воздуха с запорно-регулирующим клапаном и компрессором подачи атмосферного воздуха, магистрали для отвода отработанных газов за корпус подводной лодки при надводном положении с дожимным компрессором, линии-перемычки с запорно-регулирующим клапаном, расположенной между запорно-регулирующими клапанами на магистрали для отвода отработанных газов и соединяющей магистраль для отвода отработанных газов с устройством для растворения части отработанных газов в забортной воде, при этом между смесительной емкостью и емкостью с окислителем на линии подачи окислителя размещен запорно-регулирующий клапан, байпасной линии, подсоединенной через запорно-регулирующий клапан к магистрали отвода отработанных газов и магистрали подачи атмосферного воздуха, магистрали отвода отработанных газов, снабженной теплообменником-охладителем отработанных газов, соединенного с емкостью конденсата водяных паров отработанных газов, при этом через теплообменник-охладитель отработанных газов проходит магистраль подачи забортной воды для охлаждения отработанных газов с расположенным на ней насосом и устройством для растворения части отработанных газов в забортной воде, а также выполнение устройства для растворения части отработанных газов в забортной воде в виде жидкостно-газового эжектора, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности создания единой энергетической системы, предназначенной для работы подводной лодки, как в надводном, так и в подводном положении, при этом работа энергетической системы в надводном положении обеспечивается за счет подвода атмосферного воздуха для сжигания топлива в камере сгорания и обеспечения тепловой энергии установки органического цикла Ренкина по магистрали подачи атмосферного воздуха и отвода отработанных газов из камеры сгорания по магистрали для отвода отработанных газов за корпус подводной лодки при надводном положении, а работа энергетической системы в подводном положении обеспечивается за счет разделения потока предварительно охлажденных и осушенных отработанных газов на две части, при этом одна часть отработанных газов перепускается по байпасной линии, подсоединенной к магистралям подачи атмосферного воздуха и отвода отработанных газов, в смесительную емкость для образования искусственной газовой смеси из отработанных газов и кислорода, а другая часть отработанных газов направляется по линии-перемычки в жидкостно-газовой эжектор, который расположен на магистрали подачи забортной воды для охлаждения отработанных газов, для растворения (поглощения) в заборной воде и последующего удаления за борт подводной лодки, а также значительного снижения образования пузырькового следа при движении подводной лодки под водой за счет того, что при подводном движении растворение части отработанных газов происходит в высокоэффективном устройстве для растворения отработанных газов в забортной воде, выполненного в виде жидкостно-газового эжектора, при этом установка теплообменника-перегревателя пара, размещенного между теплообменником-испарителем органической жидкости и паровой турбиной, через который проходит магистраль для отвода отработанных газов, позволяет увеличить энергетической эффективности органического цикла Ренкина и энергетической системы подводной лодки в целом, за счет передачи дополнительной тепловой энергии от отработанных газов пару органического рабочего тела для увеличения его температуры и давления перед паровой турбиной, что повышает мощность и коэффициент полезного действия паровой турбины.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема энергетической системы для неатомной подводной лодки с установкой органического цикла Ренкина, где:
1 - корпус подводной лодки;
2 - камера сгорания;
3 - промежуточный контур с диатермическим маслом;
4 - циркуляционный насос промежуточного контура;
5 - паровая установка с органическим рабочим телом;
6 - теплообменник-испаритель органической жидкости;
7 - паровая турбина с электрогенератором на одном валу;
8 - теплообменник-конденсатор пара;
9 - циркуляционный насос паровой установки;
10 - емкость с окислителем;
11 - емкость с топливом (горючим);
12 - линия подачи окислителя, соединяющая емкость с окислителем и камеру сгорания энергетической системы;
13 - камера смешения на линии подачи окислителя;
14 - линия подачи горючего, соединяющая емкость с горючим и камеру сгорания;
15 - запорно-регулирующий клапан на линии подачи окислителя;
16 - теплообменник-перегреватель пара органической жидкости;
17 - магистраль для отвода отработанных газов;
18 - запорно-регулирующий клапан на магистрали для отвода отработанных газов;
19 - магистраль подачи атмосферного воздуха;
20 - запорно-регулирующий клапан магистрали подачи атмосферного воздуха;
21 - компрессор подачи атмосферного воздуха на магистрали подачи атмосферного воздуха;
22 - байпасная линия отработанных газов;
23 - запорно-регулирующий клапан на байпасной линии отработанных газов;
24 - запорно-регулирующий клапан на магистрали для отвода отработанных газов;
25 - теплообменник-охладитель отработанных газов;
26 - емкость конденсата водяных паров отработанных газов,
27 - линия-перемычка, соединяющая магистраль для отвода отработанных газов и устройство для растворения части отработанных газов в забортной воде (жидкостно-газовый эжектор);
28 - компрессор магистрали для отвода отработанных газов (подачи осушенных отработанных газов);
29 - жидкостно-газовый эжектор;
30 - магистраль забортной охлаждающей воды;
31 - насос магистрали забортной охлаждающей воды;
32 - магистраль подачи забортной воды для охлаждения отработанных газов;
33 - насос магистрали подачи забортной воды для охлаждения отработанных газов;
34 - запорно-регулирующий клапан на линии-перемычке.
Энергетическая система для неатомной подводной лодки с установкой органического цикла Ренкина работает следующим образом.
Энергетическая система для неатомной подводной лодки с установкой органического цикла Ренкина представляет собой единую энергетическую систему, предназначенную для работы подводной лодки, как в надводном, так и в подводном положении.
Работа энергетической системы в надводном положении подводной лодки обеспечивается следующим образом. Предварительно закрывают запорно-регулирующий клапан 15 линии подачи окислителя 12, запорно-регулирующий клапан 23 байпасной линии отработанных газов 22 и запорно-регулирующий клапан 34 линии-перемычки 27.
Поэтому, работа энергетической системы для подводной лодки в надводном положении подводной лодки обеспечивается счет подвода атмосферного воздуха для сжигания топлива в камере сгорания 2 по магистрали подачи атмосферного воздуха 19, отвода отработанных газов из камеры сгорания 2 по магистрали для отвода отработанных газов 17 за корпус подводной лодки 1 и передачи тепловой энергии из камеры сгорания 2 через промежуточный контур 3 установки органического цикла Ренкина 5.
Для этого из емкости с топливом 11 по линии подачи горючего 14 в камеру сгорания 2 подается горючее, например, природный газ или дизельное топливо. Одновременно по магистрали подачи атмосферного воздуха 19 через открытый запорно-регулирующий клапан 20 с помощью компрессора 21 атмосферный воздух подается в камеру смешения 13, расположенной на линии подачи окислителя 12. Через камеру смешения 13 в камеру сгорания 2 подается атмосферный воздух, который выступает в качестве окислителя для обеспечения горения горючего в камере сгорания 2 при надводном положении подводной лодки.
За счет сгорания горючего в камере сгорания 2 образуется тепловая энергия с высокой температурой, которая передается рабочему телу - диатермическому маслу промежуточного контура 3. Диатермическое масло циркулирует по промежуточному контуру 3 за счет работы циркуляционного насоса 4. Современные виды диатермических масел могут нагреваться до температуры 400°С.
Полученная тепловая энергия по промежуточному контуру 3 через - теплообменник-испаритель органической жидкости 6 передается установки органического цикла Ренкина 5. В качестве органического рабочего тела установки органического цикла Ренкина 5 может применяться различные органические жидкости, например, пентан или толуол. Органическое рабочее тело в теплообменнике-испарителе органической жидкости 6 кипит и переходит в парообразное состояние. Затем пар органической жидкости поступает в теплообменник-перегреватель пара 16, где он дополнительно догревается с повышением температуры и давления за счет передачи ему тепловой энергии от отработанных газов, идущих из камеры сгорания 2 по магистрали для отвода отработанных газов 17.
При этом размещение теплообменника-перегревателя пара 16, через который проходит магистраль для отвода отработанных газов 17, между теплообменником-испарителем органической жидкости 6 и паровой турбиной 7 позволяет увеличить энергетической эффективности установки органического цикла Ренкина 5 и энергетической системы подводной лодки в целом, за счет передачи дополнительной тепловой энергии от отработанных газов пару органического рабочего тела и увеличению его температуры и давления перед паровой турбиной 7, что увеличивает мощность и коэффициент полезного действия паровой турбины 7.
Далее, в паровой турбине 7 с электрогенератором на одном валу происходит расширение и падение давления пара с последующим превращением тепловой энергии в механическую энергию вращения вала турбины 7, а затем в электрическую энергию в электрогенераторе паровой турбины 7, которая в дальнейшем используется для провода винта (на рис. не показан) и электроснабжения подводной лодки. После турбины 7 пар низкого давления попадает в теплообменник-конденсатор пара 8, где охлаждается и переходит в жидкое состояние. Жидкое органическое рабочее тело, после теплообменника-конденсатора пара 8, вновь подается в теплообменник-испаритель 6 с помощью циркуляционного насоса 9 установки органического цикла Ренкина 5.
Для обеспечения охлаждения паровой установки 5 охлаждающая забортная вода с помощью насоса 31 по магистрали забортной охлаждающей воды 30 подается в теплообменник-конденсатор пара 8 для конденсации пара органической жидкости установки органического цикла Ренкина 5, что обеспечивает работу данного контура и выработку электроэнергии в турбине 7 с электрогенератором на одном валу. Забортная вода, проходящая через теплообменник-конденсатор пара 8, нагревается и сбрасывает обратно за борт подводной лодки.
Отработанные газы из камеры сгорания 2 по магистрали отвода отработанных газов 17 поступают в теплообменник-перегреватель пара 16, где первоначально отдают часть тепловой энергии рабочему телу установки органического цикла Ренкина 5, и поступают в теплообменник-охладитель отработанных газов 25. В теплообменнике-охладителе 25 отработанные газы охлаждаются забортной водой, поступающей по магистрали подачи забортной воды 32 с помощью насоса 33 и удаляющейся затем снова за борт подводной лодки.
При охлаждении отработанных газов до температуры забортной воды из них конденсируются водяные пары, которые удаляются в емкость конденсата водяных паров отработанных газов 26. На данном этапе отработанные газы охлаждаются и очищаются от сажи и паров воды.
Далее из теплообменника-охладителя 25 охлажденные и осушенные отработанные газы удаляются по магистрали для отвода отработанных газов 17 за пределы корпуса подводной лодки 1 в окружающую среду с помощью дожимного компрессора 28.
Работа энергетической системы в подводном положении подводной лодки обеспечивается следующим образом. Предварительно закрывают запорно-регулирующий клапан 20 магистрали подачи атмосферного воздуха 19 и запорно-регулирующий клапан 24 магистрали отвода отработанных газов 17, а также открывают запорно-регулирующий клапан 23 байпасной линии отработанных газов 22 и запорно-регулирующий клапан 18 магистрали отвода отработанных газов 17 и запорно-регулирующий клапан 15 линии подачи окислителя 12. Производят отключение компрессора 21 магистрали подачи атмосферного воздуха 19.
Работа энергетической системы в подводном положении обеспечивается за счет разделения потока предварительно охлажденных и осушенных отработанных газов на две части, при этом одна часть отработанных газов перепускается по байпасной линии 22, подсоединенной к магистралям подачи атмосферного воздуха 19 и отвода отработанных газов 17, в смесительную емкость 13 для образования искусственной газовой смеси из отработанных газов и кислорода, а другая часть отработанных газов направляется по линии-перемычки 27 в жидкостно-газовой эжектор 29, который расположен на магистрали подачи забортной воды для охлаждения отработанных газов 32, для растворения (поглощения) в заборной воде и последующего удаления за борт подводной лодки.
Для работы энергетической системы в подводном положении подводной лодки из емкости с топливом 11 по линии подачи горючего 14 в камеру сгорания 2 подается горючее, например, природный газ или дизельное топливо. Одновременно из емкости с окислителем 10 по линии подачи окислителя 12, через открытый запорно-регулирующий клапан 15 и камеру смешения 13 в камеру сгорания 2 подается смесь кислорода и части предварительно осушенных отработанных газов, в соотношении 20-25% кислорода и 80-75% отработанного газа (состоящего в основном из углекислого газа). Эта искусственная газовая смесь на основе осушенных отработанных газов смесь образуется за счет поступления в камеру смешения 13 кислорода из емкости 10 и части осушенных отработанных газов, поступающих по байпасной линии отработанных газов 22 через открытый запорно-регулирующий клапан 23. Эта смесь выступает в качестве окислителя для обеспечения горения горючего в камере сгорания 2.
За счет сгорания горючего и указанной смеси окислителя в камере сгорания 2 образуется тепловая энергия с высокой температурой, которая передается рабочему телу - диатермическому маслу промежуточного контура 3.
Полученная тепловая энергия по промежуточному контуру 3 через - теплообменник-испаритель органической жидкости 6 передается установки органического цикла Ренкина 5. Органическое рабочее тело установки 5 в теплообменнике-испарителе органической жидкости 6 кипит и переходит в парообразное состояние. Затем пар органической жидкости поступает в теплообменник-перегреватель пара 16, где он дополнительно догревается с повышением температуры и давления за счет передачи ему тепловой энергии от отработанных газов, идущих из камеры сгорания 2 по магистрали для отвода отработанных газов 17.
Далее, в паровой турбине 7 с электрогенератором на одном валу происходит расширение и падение давления пара с последующим превращением тепловой энергии в механическую энергию вращения вала турбины 7, а затем в электрическую энергию в электрогенераторе паровой турбины 7, которая в дальнейшем используется для провода винта (на рис. не показан) и электроснабжения подводной лодки. После турбины 7 пар низкого давления попадает в теплообменник-конденсатор пара 8, где охлаждается и переходит в жидкое состояние. Жидкое органическое рабочее тело, после теплообменника-конденсатора пара 8, вновь подается в теплообменник-испаритель 6 с помощью циркуляционного насоса 9 паровой установки 5.
Для обеспечения охлаждения установки органического цикла Ренкина 5 охлаждающая забортная вода с помощью насоса 31 по магистрали забортной охлаждающей воды 30 подается в теплообменник-конденсатор пара 8 для конденсации пара органической жидкости паровой установки 5, что обеспечивает работу данного контура и выработку электроэнергии в турбине 7 с электрогенератором на одном валу. Вода, проходящая через теплообменник-конденсатор пара 8, нагревается и сбрасывает обратно за борт подводной лодки.
Отработанные газы из камеры сгорания 2 по магистрали отвода отработанных газов 17 (при закрытых клапанах 20 и 24 и открытых клапанах 23, 18 и 34) поступают в теплообменник-перегреватель пара 16, где первоначально отдают часть тепловой энергии рабочему телу установки органического цикла Ренкина 5, и поступают в теплообменник-охладитель отработанных газов 25. В теплообменнике-охладителе 25 отработанные газы охлаждаются забортной водой, поступающей по магистрали подачи забортной воды 32 с помощью насоса 33 и удаляющейся затем снова за борт подводной лодки.
При охлаждении отработанных газов до температуры забортной воды из них конденсируются водяные пары, которые удаляются в емкость конденсата водяных паров отработанных газов 26. На данном этапе отработанные газы охлаждаются и очищаются от сажи и паров воды.
После теплообменника-охладителя 25 отработанные газы, проходя через дожимной компрессор 28, который создает необходимое давлений осушенных отработанных газов, разделяются на две части. Одна часть отработанных газов перепускается по байпасной линии 22 и поступает через открытый запорно-регулирующий клапан 23 в магистраль подачи атмосферного воздуха 19 и далее в смесительную емкость 13 для образования искусственной газовой смеси из отработанных газов и кислорода, а другая часть отработанных газов направляется по линии-перемычки 27 через открытый запорно-регулирующий клапан 34 в жидкостно-газовой эжектор 29, который расположен на магистрали подачи забортной воды для охлаждения отработанных газов 32.
В жидкостно-газовом эжекторе 29 происходит высокоэффективное перемешивание и растворение отработанных газов (в основном, углекислого газа) в забортной воде и последующего удаления за борт подводной лодки образовавшейся смеси за счет работы насоса 33 и эжекторного эффекта жидкостно-газового эжектора 29.
Количество отработанных газов поступающих на байпасную линию 22 и на линию-перемычку 27 регулируется с помощью запорно-регулирующих клапанов 23 и 18.
После возвращения на базу производят пополнение кислородом емкости с окислителем 10 и емкости с горючим 11.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Патент РФ №2018720, опубл. от 30.08.1994.
2. Соболь В.А. Мини-ТЭЦ в Речице: передовые технологии в области использования местных видов топлива // Журнал «Энергетическая Стратегия», №2(20), 2011. стр. 57-59.
3. Патент РФ №2443597, опубл. 27.02.2012, Бюл. №6.
4. Патент РФ №2573540, опубл. от 20.01.2016, Бюл. №2 - прототип.
Claims (2)
1. Энергетическая система для неатомной подводной лодки с установкой органического цикла Ренкина, содержащая в корпусе подводной лодки емкости для хранения горючего и окислителя, соединенные с камерой сгорания линиями подачи окислителя и горючего, промежуточный контур с диатермическим маслом и насосом для его циркуляции, установку органического цикла Ренкина, выполненную в виде замкнутого парового контура и содержащую теплообменник-испаритель органической жидкости, паровую турбину с электрогенератором на одном валу, теплообменник-конденсатор пара и насос подачи органической жидкости, магистраль для отвода отработанных газов с компрессором, магистраль забортной охлаждающей воды с насосом, проходящую через теплообменник-конденсатор пара установки Ренкина, устройство для растворения части отработанных газов в забортной воде, байпасную линию для возврата части отработанных газов в камеру сгорания, при этом в качестве окислителя применяется кислород, а промежуточный контур с диатермическим маслом проходит через топочное пространство камеры сгорания и теплообменник-испаритель установки органического цикла Ренкина, отличающаяся тем, что снабжена теплообменником-перегревателем пара, размещенным между теплообменником-испарителем органической жидкости и паровой турбиной, через который проходит магистраль для отвода отработанных газов, смесительной емкостью, установленной на линии подачи окислителя между емкостью с окислителем и камерой сгорания, магистралью подачи атмосферного воздуха с запорно-регулирующим клапаном и компрессором подачи атмосферного воздуха, магистралью для отвода отработанных газов за корпус подводной лодки при надводном положении с дожимным компрессором, линией-перемычкой с запорно-регулирующим клапаном, расположенной между запорно-регулирующими клапанами на магистрали для отвода отработанных газов и соединяющей магистраль для отвода отработанных газов с устройством для растворения части отработанных газов в забортной воде, при этом между смесительной емкостью и емкостью с окислителем на линии подачи окислителя размещен запорно-регулирующий клапан, байпасная линия подсоединена через запорно-регулирующий клапан к магистрали отвода отработанных газов и магистрали подачи атмосферного воздуха, магистраль отвода отработанных газов снабжена теплообменником-охладителем отработанных газов, соединенным с емкостью конденсата водяных паров отработанных газов, а через теплообменник-охладитель отработанных газов проходит магистраль подачи забортной воды для охлаждения отработанных газов с расположенным на ней насосом и устройством для растворения части отработанных газов в забортной воде.
2. Энергетическая система для неатомной подводной лодки с установкой органического цикла Ренкина по п. 1, отличающаяся тем, что устройство для растворения части отработанных газов в забортной воде выполнено в виде жидкостно-газового эжектора.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2823394C1 true RU2823394C1 (ru) | 2024-07-23 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1148511A (en) * | 1965-06-23 | 1969-04-16 | Asea Ab | Improved propulsion machinery for a submarine |
RU2435699C1 (ru) * | 2010-06-07 | 2011-12-10 | Открытое Акционерное Общество "Санкт-Петербургское Морское Бюро Машиностроения "Малахит" | Энергетическая установка подводной лодки |
RU2564193C1 (ru) * | 2014-07-02 | 2015-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Санкт-Петербургская электротехническая компания" | Энергетическая установка для подводного технического средства |
RU2573540C1 (ru) * | 2014-07-02 | 2016-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Санкт-Петербургская электротехническая компания" | Паровая энергетическая установка для подводного технического средства |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1148511A (en) * | 1965-06-23 | 1969-04-16 | Asea Ab | Improved propulsion machinery for a submarine |
RU2435699C1 (ru) * | 2010-06-07 | 2011-12-10 | Открытое Акционерное Общество "Санкт-Петербургское Морское Бюро Машиностроения "Малахит" | Энергетическая установка подводной лодки |
RU2564193C1 (ru) * | 2014-07-02 | 2015-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Санкт-Петербургская электротехническая компания" | Энергетическая установка для подводного технического средства |
RU2573540C1 (ru) * | 2014-07-02 | 2016-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Санкт-Петербургская электротехническая компания" | Паровая энергетическая установка для подводного технического средства |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20080047280A1 (en) | Heat recovery system | |
CN102084114A (zh) | 气体发动机的气体供应系统 | |
KR101544806B1 (ko) | 선박용 폐열회수시스템의 폐열을 이용한 연료가스 공급 시스템 | |
KR20180043525A (ko) | 발전 및 담수화 복합 플랜트 | |
KR20110027864A (ko) | 가스연소유닛의 배기가스를 이용한 폐열회수시스템 | |
JP5653666B2 (ja) | 浮体構造物の再ガス化プラント | |
KR102488032B1 (ko) | 극저온 응용분야 또는 냉각 유체에서의 유기 랭킨 사이클 | |
RU2823394C1 (ru) | Энергетическая система для неатомной подводной лодки с установкой органического цикла Ренкина | |
RU2823393C1 (ru) | Энергетическая система на основе установки органического цикла Ренкина для подводной лодки | |
KR101903086B1 (ko) | 부유식 발전 시스템 | |
KR101419009B1 (ko) | 복합화력발전설비를 구비한 엘엔지 재기화 설비 | |
RU2573540C1 (ru) | Паровая энергетическая установка для подводного технического средства | |
KR102426556B1 (ko) | 액화천연가스 냉열을 이용한 부유식 가스복합 발전플랜트 및 발전방법 | |
RU2823395C1 (ru) | Энергетическая система для подводной лодки на основе паровой установки с органическим рабочим телом | |
KR20160049122A (ko) | 해수흡입 부하를 감소시킨 부유식 발전선 | |
KR101246896B1 (ko) | 선박의 연료공급-폐열이용발전시스템 및 이를 구비한 선박 | |
KR102391285B1 (ko) | 가스 복합발전 플랜트 | |
US10907512B1 (en) | Electric power generating system | |
RU2823396C1 (ru) | Энергетическая система с установкой органического цикла Ренкина для подводных технических средств | |
KR102391286B1 (ko) | 가스 복합발전 플랜트 | |
RU2616136C1 (ru) | Устройство для удаления углекислого газа | |
KR102239297B1 (ko) | 발전시스템을 구비한 부유식 해상구조물 | |
EP4227498B1 (en) | Cold recovery facility and marine vessel | |
CN112400053A (zh) | 具有天然气再气化的发电厂设施 | |
RU180005U1 (ru) | Газотурбинная воздухонезависимая установка подводного аппарата |