RU2852800C1 - Энергетическая система для подводной лодки с единой паровой установкой на основе органического рабочего тела для подводного и надводного хода - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к энергетическим системам, предназначенным для подводных лодок и глубоководных аппаратов. Достигаемый технический результат - снижение объема и массы хранения окислителя для подводного хода, снижение внутреннего объема и массы самой подводной лодки, также увеличение продолжительности срока подводного хода подводной лодки без всплытия на поверхность моря. 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 подводной лодки обеспечивается следующим образом. Предварительно закрывают запорно-регулирующие клапаны 20 и 18, а также открывают запорно-регулирующие клапаны 23 и 24 байпасной линии отработанных газов 22. Из емкости с топливом 11 в камеру сгорания 2 подается горючее (дизельное топливо). Одновременно из ресивера 10 по линии подачи окислителя 12 через открытый запорно-регулирующий клапан 15 кислород подается в камеру смешения 13 для образования искусственной газовой смеси с отработанными газами, поступающими из блока химического поглотителя 29 по байпасной линии 22. Данная смесь используется для сжигания топлива в камере сгорания 2. Для обеспечения энергетической системы подводной лодки в режиме подводного хода газообразным кислородом подводная лодка снабжена криогенной емкостью с жидким кислородом 34, испарение которого происходит в теплообменнике-испарителе 37. 1 ил.

Description

Изобретение относится к энергетическим системам, предназначенных для подводных лодок и глубоководных аппаратов.

Известно устройство энергетической установки с паротурбинным контуром и очисткой отработанных газов, эффективность (кпд) которой составляет около 42%, при этом очистка отработанных газов от углекислого газа и соединений серы производится водным раствором известкового молока с последующим удалением выпадающих в осадок карбоната кальция и гипса (Патент на полезную модель №59734, опубл. от 27.12.2006, Бюл. №36).

Известно, что для поглощения углекислого газа используется гранулированный (с различным диаметром зерен по фракциям) химический поглотитель известковый (ХПИ). Стандартный материал, предназначенный для использования в народном хозяйстве и снаряжения средств химической защиты, изготовлен из маломагнезиальной извести и гидроксида, содержит не менее 96% гидроксида кальция и 4% гидроксида натрия (ГОСТ 6755-88. Поглотитель химический известковый ХП-И. М.: Издательство стандартов, 1988 г. ).

Известен состав химического поглотителя диоксида углерода на основе гидроксида кальция, включающего также гидроксид натрия, модифицирующую добавку, воду и хлорид лития в качестве модифицирующей добавки (Патент РФ №2104774, опубл. от 1998.02.20).

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 подводной лодки на основе паровой установки с органическим рабочим телом, 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, паровую установку с органическим рабочим телом, 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, магистраль забортной охлаждающей воды с насосом, проходящую через теплообменник-конденсатор пара замкнутого парового контура, 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 органической жидкости паровой установки (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.

Недостатком данного технического решения является необходимость отведения части отработанных газов паровой установки за борт, предварительно растворенного в забортной воде, что приводит к появлению теплового следа за подводной лодкой и пузырькового следа от нерастворившегося кислорода отработанных газов в забортной воде при ее движении под водой. Также данное техническое решение предназначено только для работы в подводном положении без связи с окружающей атмосферой, что ограничивает 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 паровой установки.

Известна энергетическая система для подводной лодки с единой паровой установкой на основе органического рабочего тела для подводного и надводного хода, 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, единую паровую установку на основе органического рабочего тела для подводного и надводного хода, выполненной в виде замкнутого парового контура и содержащей теплообменник-испаритель органической жидкости, паровую турбину с электрогенератором на одном валу, теплообменник-конденсатор пара и насос подачи органической жидкости, магистраль забортной охлаждающей воды с насосом, проходящую через теплообменник-конденсатор пара замкнутого парового контура, теплообменник-перегреватель пара, размещенным между теплообменником-испарителем органической жидкости и паровой турбиной, через который проходит магистраль для отвода отработанных газов, смесительную емкость, установленной на линии подачи окислителя с запорно-регулирующий клапаном, магистраль подачи атмосферного воздуха с запорно-регулирующим клапаном и компрессором подачи атмосферного воздуха, магистраль для отвода отработанных газов за корпус подводной лодки при надводном положении, байпасную линию для возврата части отработанных газов в камеру сгорания, подсоединенную через запорно-регулирующие клапаны к магистралям подачи атмосферного воздуха и отвода отработанных газов и включающую в себя теплообменник-охладитель отработанных газов, соединенного с емкостью конденсата водяных паров отработанных газов, фильтр-осушитель, компрессор подачи осушенных отработанных газов и блок известкового химического поглотителя углекислого газа из отработанных газов, при этом через теплообменник-охладитель отработанных газов проходит магистраль подачи забортной воды для охлаждения отработанных газов с расположенным на ней насосом, а промежуточный контур с диатермическим маслом проходит через топочное пространство камеры сгорания и теплообменник-испаритель органической жидкости паровой установки (Патент РФ №2823395, опубл. от 23.07.2024, Бюл. №21).

Недостатком данного технического решения является то, что окислитель для подводного хода подводной лодки хранится в газообразном состоянии при высоком давлении, что приводит к большим объемам хранилища окислителя и высокому весу этого хранилища окислителя.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в значительном снижении объема и массы хранения окислителя (кислорода) для подводного хода, снижении внутреннего объема и массы самой подводной лодки, также увеличении продолжительности срока подводного хода подводной лодки без всплытия на поверхность моря.

Для достижения данного технического результата энергетическая система для подводной лодки с единой паровой установкой на основе органического рабочего тела для подводного и надводного хода, 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, единую паровую установку на основе органического рабочего тела для подводного и надводного хода, выполненной в виде замкнутого парового контура и содержащей теплообменник-испаритель органической жидкости, паровую турбину с электрогенератором на одном валу, теплообменник-конденсатор пара и насос подачи органической жидкости, магистраль забортной охлаждающей воды с насосом, проходящую через теплообменник-конденсатор пара замкнутого парового контура, теплообменник-перегреватель пара, размещенным между теплообменником-испарителем органической жидкости и паровой турбиной, через который проходит магистраль для отвода отработанных газов, смесительную емкость, установленную на линии подачи окислителя с запорно-регулирующим клапаном, магистраль подачи атмосферного воздуха с запорно-регулирующим клапаном и компрессором подачи атмосферного воздуха, магистраль для отвода отработанных газов за корпус подводной лодки при надводном положении, байпасную линию для возврата части отработанных газов в камеру сгорания, подсоединенную через запорно-регулирующие клапаны к магистралям подачи атмосферного воздуха и отвода отработанных газов и включающую в себя теплообменник-охладитель отработанных газов, соединенного с емкостью конденсата водяных паров отработанных газов, фильтр-осушитель, компрессор подачи осушенных отработанных газов и блок известкового химического поглотителя углекислого газа из отработанных газов, при этом через теплообменник-охладитель отработанных газов проходит магистраль подачи забортной воды для охлаждения отработанных газов с расположенным на ней насосом, а промежуточный контур с диатермическим маслом проходит через топочное пространство камеры сгорания и теплообменник-испаритель органической жидкости паровой установки, снабжена ресивером газообразного кислорода, криогенной емкостью с жидким кислородом, в качестве емкости для хранения окислителя, в верхней части которой расположена газовая полость, теплообменником-испарителем жидкого кислорода, линией подачи жидкого кислорода в теплообменник-испаритель жидкого кислорода, с расположенным на ней регулирующим вентилем, линией подачи газообразного кислорода в ресивер газообразного кислорода, с расположенным на ней дроссельным устройством, и линией наддува газовой полости криогенной емкости, связывающей газовую полость криогенной емкости с линией подачи газообразного кислорода, при этом магистраль забортной охлаждающей воды последовательно проходит через теплообменник-конденсатор пара замкнутого парового контура и теплообменник-испаритель жидкого кислорода, а запорно-регулирующий клапан на линии подачи окислителя размещен между ресивером газообразного кислорода и смесительной емкостью.

Введение в состав энергетической системы для подводной лодки с единой паровой установкой на основе органического рабочего тела для подводного и надводного хода ресивера газообразного кислорода, криогенной емкости с жидким кислородом, в качестве емкости для хранения окислителя, в верхней части которой расположена газовая полость, теплообменника-испарителя жидкого кислорода, линии подачи жидкого кислорода в теплообменник-испаритель жидкого кислорода, с расположенным на ней регулирующим вентилем, линии подачи газообразного кислорода в ресивер газообразного кислорода, с расположенным на ней дроссельным устройством, и линии наддува газовой полости криогенной емкости, связывающей газовую полость криогенной емкости с линией подачи газообразного кислорода, при этом магистраль забортной охлаждающей воды, последовательно проходит через теплообменник-конденсатор пара замкнутого парового контура и теплообменник-испаритель жидкого кислорода, а запорно-регулирующий клапан на линии подачи окислителя размещен между ресивером газообразного кислорода и смесительной емкостью, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности значительного снижения объема и массы хранения окислителя (кислорода) для подводного хода, в отличие от его хранения в сжатом виде, в связи с тем, что при сжижении объем кислорода уменьшается примерно в 600 раз и он храниться в криогенной емкости при атмосферном давлении, в то время как при сжатии кислорода его объем уменьшается в только 200 раз и хранится в толстостенных металлических баллонах при давлении в 200 атмосфер (20 МПа), при этом криогенное хранение кислорода обеспечивает минимальный объем и массу емкостей для хранения кислорода, а соответственно, уменьшает внутренний объем и массу самой подводной лодки, что приводит к уменьшению сроков строительства и введения в эксплуатацию современных подводных лодок, а также обеспечивает более продолжительный срок подводного хода без всплытия на поверхность моря.

На фиг.1 представлена принципиальная схема энергетической системы для подводной лодки с единой паровой установкой на основе органического рабочего тела для подводного и надводного хода, 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 - ресивер газообразного кислорода;

11 - емкость с топливом (горючим);

12 - линия подачи окислителя, соединяющая ресивер газообразного кислорода 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 за корпус подводной лодки при надводном положении;

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 для возврата части отработанных газов в камеру сгорания;

23 - запорно-регулирующий клапан;

24 - запорно-регулирующий клапан;

25 - теплообменник-охладитель отработанных газов байпасной линии;

26 - емкость конденсата водяных паров отработанных газов,

27 - фильтр-осушитель;

28 - компрессор подачи осушенных отработанных газов;

29 - блок химического поглотителя углекислого газа из отработанных газов;

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 - криогенная емкость с жидким кислородом; 35- линия подачи жидкого кислорода;

36 - регулирующий вентиль жидкого кислорода; 37- теплообменник-испаритель жидкого кислорода;

38 - линия подачи газообразного кислорода

39 - линия наддува газовой полости криогенной емкости;

40 - газовая полость криогенной емкости с жидким кислородом; 41- дроссельное устройство.

Энергетическая система для подводной лодки с единой паровой установкой на основе органического рабочего тела для подводного и надводного хода работает следующим образом.

Энергетическая система для подводной лодки с единой паровой установкой на основе органического рабочего тела для подводного и надводного хода предназначена 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, а также запорно-регулирующие клапаны 23 и 24 байпасной линии отработанных газов 22.

Поэтому, работа энергетической системы для подводной лодки с единой паровой установкой на основе органического рабочего тела 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 передача тепловой энергии из камеры сгорания 2 через промежуточный контур 3 паровой установки 5.

Для этого из емкости с топливом 11 по линии подачи горючего 14 в камеру сгорания 2 подается горючее, например, 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 паровой установки на основе органического рабочего тела 5. В качестве органического рабочего тела 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 установка теплообменника-перегревателя пара 16, размещенного между теплообменником-испарителем органической жидкости 6 и паровой турбиной 7, через который проходит магистраль для отвода отработанных газов 17, позволяет увеличить энергетической эффективности паровой установки 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 фиг.1 не показан) 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 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 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 через теплообменник-испаритель жидкого кислорода 37.

Отработанные газы из камеры сгорания 2 удаляются по магистрали для отвода отработанных газов 17 за пределы корпуса подводной лодки 1 в окружающую среду через открытый запорно-регулирующий клапан 18.

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 18 магистрали отвода отработанных газов 17, а также открывают запорно-регулирующие клапаны 23 и 24 байпасной линии отработанных газов 22 и запорно-регулирующий клапан 15 линии подачи окислителя 12.

Работа энергетической системы в подводном положении обеспечивается за счет перепуска частично очищенных от углекислого газа отработанных газов по байпасной линии 22, подсоединенной через запорно-регулирующие клапаны 23 и 24 к магистралям подачи атмосферного воздуха 19 и отвода отработанных газов 17 и включающей в себя блок химического поглотителя углекислого газа из отработанных газов 29. Это позволяет также исключить образования теплового и пузырькового следа при движении подводной лодки под водой за счет того, что при подводном движении не происходит выброса отработанных газов за корпус подводной лодки 1 в виду связывания части углекислого газа и его хранения в блок химического поглотителя углекислого газа 29.

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, дизельное топливо. Одновременно из ресивера газообразного кислорода 10 по линии подачи окислителя 12, через открытый запорно-регулирующий клапан 15 и камеру смешения 13 в камеру сгорания 2 подается газообразный кислород и частично очищенных отработанных газов, в соотношении 20-25% кислорода и 80-75% отработанного газа (состоящего в основном из углекислого газа), которые образуют искусственную газовую смесь. Эта искусственная газовая смесь образуется за счет поступления в камеру смешения 13 кислорода из ресивера газообразного кислорода 10 и частично очищенных отработанных газов от углекислого газа, поступающих из блока химического поглотителя 29 по байпасной линии отработанных газов 22 через открытый запорно-регулирующий клапан 24. Эта смесь выступает в камеру сгорания 2 для обеспечения горения горючего.

За счет сгорания горючего и указанной искусственной смеси (окислителя для режима подводного хода) 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 паровая установка с органическим рабочим телом 5. 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.

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 фиг.1 не показан) 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 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 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.

Очистка отработанных газов из камеры сгорания 2 и осуществление работы энергетической системы подводной лодки в подводном положении без связи с воздушной атмосферой происходит следующим образом.

Отработанные газы из камеры сгорания 2 по магистрали отвода отработанных газов 17 (при закрытых клапанах 18 и 20 и открытых клапанах 23 и 24) поступают в теплообменник-перегреватель пара 16, где первоначально отдают часть тепловой энергии рабочему телу паровой установки 5, и поступают в теплообменник-охладитель отработанных газов 25 байпасной линии 22. 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.

Затем отработанные газы окончательно осушаются в фильтре-осушителе 27 и с помощью компрессора подачи осушенных отработанных газов 28 подаются в блок химического поглотителя углекислого газа из отработанных газов 29.

При контакте между отработанными газами и химическим поглотителем, например, на основе химического поглотителя, например, гранулированного химического поглотителя известкового (гидроксида кальция), происходит реакция нейтрализации СО₂ с образованием осадка карбоната кальция по реакции:

При этом следует отметить, что количество химического поглотителя в блоке 29 является расчетной величиной, для нейтрализации и удаления определенного (неполного) объема углекислого газа из отработанных газов, поступающих в блок 29.

Частично очищенные от СО₂ отработанные газы по байпасной линии 22 через открытый клапан 24 подаются в магистраль подачи атмосферного воздуха 19, а затем в камеру смешения 13, где смешиваясь с кислородом образуют искусственную газовую смесь в соотношении 20-25% кислорода и 80-75% углекислого газа (отработанного газа), используемую в качестве окислителя при работе в подводном положении.

Работа энергетической системы в подводном положении происходит без выброса отработанных газов энергетической системы за корпус подводной лодки 1, что исключает образования теплового и пузырькового следа при движении подводной лодки под водой. Исключение выброса отработанных газов в подводном положении обеспечивается за счет связывания части углекислого газа из отработанных газов в блоке химического поглотителя углекислого газа 29, а также использования оставшейся части отработанных газов после блока химического поглотителя 29 для образования искусственной газовой смеси из отработанных газов и кислорода в камере смешения 13.

Для обеспечения энергетической системы подводной лодки в режиме подводного хода газообразным кислородом, поступающим из ресивера газообразного кислорода 10, подводная лодка снабжена криогенной емкостью с жидким кислородом 34, в качестве емкости для хранения окислителя, в верхней части которой расположена газовая полость 40.

Для газификации жидкого кислорода, жидкий кислород подается по линии подачи жидкого кислорода 35 в теплообменник-испаритель жидкого кислорода 37. Количество подаваемого жидкого кислорода в теплообменник-испаритель жидкого кислорода 37 регулируется с помощью регулирующего вентиля жидкого кислорода 36.

Для газификации жидкого кислорода (испарения и перехода в газообразное состояние) в теплообменник-испаритель жидкого кислорода 37 по магистрали забортной охлаждающей воды 30 подается забортная вода, нагретая при прохождении через теплообменник-конденсатор пара 8 паровой установки 5, что приводит к нагреву жидкого кислорода и его испарению.

Далее, из теплообменника-испарителя жидкого кислорода 37 по линии подачи газообразного кислорода 38 газообразный кислород поступает в ресивер газообразного кислорода 10 через дроссельное устройство 41. Дроссельное устройство 41 обеспечивает поддержание более высокого давления в газовой полости 40 криогенной емкости с жидким кислородом 34, по сравнению с давлением в ресивере газообразного кислорода 10.

Для обеспечения подачи жидкого кислорода из криогенной емкости с жидким кислородом 34 в теплообменник-испаритель жидкого кислорода 37 газовая полость 40 криогенной емкости с жидким кислородом 34 связана с линией подачи газообразного кислорода 38 линией наддува 39 газовой полости 40.

В походе при подводном ходе подводной лодки практически полностью расходуется запас жидкого кислорода в криогенной емкости 34, поэтому после возвращения из похода подводной лодки на базу производят пополнение жидким кислородом криогенной емкости 34 и замену использованного блока химического поглотителя 29 на новый блок химического поглотителя.

Применение технологии хранения окислителя для подводного хода в виде жидкого (криогенного) кислорода позволяет значительно снизить объем и массу хранения кислорода, в отличие от его хранения в сжатом виде. Это связано с тем, что при сжижении объем кислорода уменьшается примерно в 600 раз и он храниться в криогенной емкости при атмосферном давлении, в то время как при сжатии кислорода его объем уменьшается в только 200 раз и хранится в толстостенных металлических баллонах при давлении в 200 атмосфер (20 МПа). Криогенное хранение кислорода обеспечивает минимальный объем и массу емкостей для хранения кислорода, а соответственно, уменьшает внутренний объем и массы самой подводной лодки, что также приводит к уменьшению сроков строительства и введения в эксплуатацию современных подводных лодок. Криогенное хранение кислорода также обеспечивает более продолжительный срок подводного хода без всплытия на поверхность моря.

Источники информации

1. Патент на полезную модель №59734, опубл. от 27.12.2006, Бюл. №36.

2. ГОСТ 6755-88. Поглотитель химический известковый ХП-И. М.: Издательство стандартов, 1988 г.

3. Патент РФ №2104774, опубл. от 1998.02.20.

4. Соболь В.А. Мини-ТЭЦ в Речице: передовые технологии в области использования местных видов топлива // Журнал «Энергетическая Стратегия», №2(20), 2011. стр. 57-59.

5. Патент РФ №2443597, опубл. 27.02.2012, Бюл. №6.

6. Патент РФ №2573540, опубл. от 20.01.2016, Бюл. №2.

7. Патент РФ №2823395, опубл. от 23.07.2024, Бюл. №21 - прототип.

Claims (1)

1. Энергетическая система для подводной лодки с единой паровой установкой на основе органического рабочего тела для подводного и надводного хода, 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, единую паровую установку на основе органического рабочего тела для подводного и надводного хода, 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 забортной охлаждающей воды с насосом, проходящую через теплообменник-конденсатор пара замкнутого парового контура, теплообменник-перегреватель пара, размещенным между теплообменником-испарителем органической жидкости и паровой турбиной, через который проходит магистраль для отвода отработанных газов, смесительную емкость, установленную на линии подачи окислителя с запорно-регулирующим клапаном, магистраль подачи атмосферного воздуха с запорно-регулирующим клапаном и компрессором подачи атмосферного воздуха, магистраль для отвода отработанных газов за корпус подводной лодки при надводном положении, байпасную линию для возврата части отработанных газов в камеру сгорания, подсоединенную через запорно-регулирующие клапаны к магистралям подачи атмосферного воздуха и отвода отработанных газов и включающую в себя теплообменник-охладитель отработанных газов, соединенный с емкостью конденсата водяных паров отработанных газов, фильтр-осушитель, компрессор подачи осушенных отработанных газов и блок известкового химического поглотителя углекислого газа из отработанных газов, при этом через теплообменник-охладитель отработанных газов проходит магистраль подачи забортной воды для охлаждения отработанных газов с расположенным на ней насосом, а промежуточный контур с диатермическим маслом проходит через топочное пространство камеры сгорания и теплообменник-испаритель органической жидкости паровой установки, отличающаяся тем, что снабжена ресивером газообразного кислорода, криогенной емкостью с жидким кислородом в качестве емкости для хранения окислителя, в верхней части которой расположена газовая полость, теплообменником-испарителем жидкого кислорода, линией подачи жидкого кислорода в теплообменник-испаритель жидкого кислорода с расположенным на ней регулирующим вентилем, линией подачи газообразного кислорода в ресивер газообразного кислорода с расположенным на ней дроссельным устройством и линией наддува газовой полости криогенной емкости, связывающей газовую полость криогенной емкости с линией подачи газообразного кислорода, при этом магистраль забортной охлаждающей воды последовательно проходит через теплообменник-конденсатор пара замкнутого парового контура и теплообменник-испаритель жидкого кислорода, а запорно-регулирующий клапан на линии подачи окислителя размещен между ресивером газообразного кислорода и смесительной емкостью.