СИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ ПЛАВУЧЕСТИ ПОДВОДНОГО АППАРАТА Российский патент 1997 года по МПК B63G8/22 B63C7/04 

Изобретение относится к судостроению, в частности к системам для изменения плавучести глубоководных аппаратов, подводных лодок и других подводных объектов.

Известна система для изменения плавучести аппарата, содержащая балластную цистерну, сообщающуюся с забортной водой и имеющую клапан вентиляции, и нагревательное устройство, подключенное к источнику энергоснабжения [1]
Данная система выбрана в качестве наиболее близкого аналога изобретения.

Этому устройству характерно высокое потребление энергии на борту аппарата, обусловленное высоким значением теплоты парообразования воды (599 ккал/кг). Начальный период работы требует дополнительных затрат энергии для доведения температуры рабочего тела до точки кипения и на прогрев самих конструкций, ограничивающих продуваемый объем.

Теплоизоляция всей поверхности продуваемого объема в конечном счете ухудшает весогабаритные характеристики аппарата и понижает весовой КПД подводного аппарата.

Теплоизолирующее покрытие стенок цистерны сне может устранить конденсации на границе раздела пара и воды.

Процесс конденсации паров воды в продуваемом объеме влечет за собой потерю вытесненного объема. Это означает, что на протяжении всего времени удержания требуемой плавучести необходимо поддерживать параметры пара. Это обусловливает необходимость постоянных затрат энергии контроля и управления процессом парообразования.

Технически весьма сложно организовать быстрое испарение большого количества воды, что значительно сужает область возможных применений инертной в плане управления системы.

Перечисленные выше недостатки аналога делают либо невозможным, либо малоэффективным применение подобных систем для изменения плавучести подводных аппаратов особенно при больших (порядка 1000 м) глубинах.

Техническим результатом изобретения является устранение перечисленных выше недостатков, увеличение эффективности вытеснительной системы изменения плавучести подводного аппарата, использование в качестве рабочего тела доступного инертного и сравнительно недорогого естественного рабочего тела, например жидкого азота, и достижение соотношения удельных объемов рабочего тела в жидком и парообразном состоянии порядка 1000 м и более при использовании низкотемпературных нагревателей рабочего тела и сокращении энергопотребления на борту подводного аппарата.

Он достигается тем, что система для изменения плавучести подводного аппарата, содержащая балластную цистерну, сообщающуюся с забортной водой и имеющую клапан вентиляции, и нагревательное устройство, подключенное к источнику энергоснабжения, снабжена вытеснительной цистерной, причем балластная цистерна снабжена клапаном для выпуска в нее забортной воды и сообщена с забортной водой через упомянутую вытеснительную цистерну, в днище которой вмонтирован невозвратный клапан, при этом вытеснительная цистерна разделена на две полости перегородкой с отверстием под седлом клапана, расположенной не выше днища балластной цистерны, а под упомянутым отверстием установлен плавучий клапан, причем нагревательное устройство расположено в верхней полости вытеснительной цистерны, сообщенной трубопроводом через невозвратный клапан с источником криогенной жидкости, которым снабжена система, а верхняя и нижняя полости вытеснительной цистерны через невозвратные клапаны сообщены трубопроводами с балластной цистерной соответственно в ее верхней и нижней точках.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Прочная балластная цистерна 1 с клапаном вентиляции 2 соединена трубопроводом 3 через невозвратный клапан 4 с прочной вытеснительной цистерной 5, разделенной перегородкой 6. В днище вытеснительной цистерны расположен невозвратный клапан 7. В перегородке 6 имеется отверстие 8, образующее седло плавучего клапана 9, расположенного под отверстием. В верхней полости цистерны 5, сообщенной трубопроводом 10 через невозвратный клапан 11 с источником криогенной жидкости 12, размещено нагревательное устройство 13, подключенное к источнику энергоснабжения 14. При этом верхняя и нижняя полости вытеснительной цистерны 5 соединены трубопроводами 3 и 15 через невозвратные клапаны 4 и 16 соответственно с верхней и нижней частями полости балластной цистерны 1. В днище балластной цистерны 1 вмонтирован клапан 17 для впуска забортной воды.

Функционирование системы осуществляется циклически следующим образом. Для придания плавучести минимального значения выполняют следующие операции. Сначала при открытом клапане 2 балластная цистерна 1 и нижняя полость вытеснительной цистерны 5 через впускной клапан 17 заполняют водой. Клапаны 4 и 16 открыты. Клапан 11 закрыт. Клапан 9 по заполнении нижней полости вытеснительной цистерны 5, перекрывает отверстие 8 и разобщает ее верхнюю и нижнюю полости. По заполнении балластной цистерны 1 клапаны 2 и 17 закрывают. Верхняя полость вытеснительной цистерны заполнена газом (воздухом или азотом), источники рабочего тела 12 и энергоснабжения 14 подготовлены к работе.

Удаление воды из балластной цистерны 1 для приобретения положительной плавучести происходит следующим образом. В верхнюю полость вытеснительной цистерны 5 из источника рабочего тела 12 по трубопроводу 10 через клапан 11 подают рабочее тело, например, жидкий азот. Под воздействием тепловой энергии нагревательного устройства 13 происходят газификация жидкого азота и его термическое расширение. Давление в верхней полости повышается, невозвратный клапан 4 перекрывает трубопровод 3 сообщения верхней полости вытеснительной цистерны 5 с балластной цистерной 1. При достижении величины давления, равной забортной (или несколько больше), клапан 11 перекрывается и прекращается подача рабочего тела из источника 12, открываются плавучий клапан 9 и невозвратный клапан 7, клапан 16 перекрывает сообщение нижней полости вытеснительной цистерны 5 с нижней частью балластной цистерны 1. Происходит истечение воды из нижней полости вытеснительной цистерны в забортное пространство. После полного осушения нижней полости вытеснительной цистерны в результате остывания рабочего тела давление в ней понижается, клапан 7 перекрывает сообщение вытеснительной цистерны с забортной водой, открываются клапаны 4 и 16, и происходит уравнивание давлений в вытеснительной и балластной цистернах. Вода из балластной цистерны 1 перетекает в нижнюю полость вытеснительной цистерны 5. Когда она вся наполняется водой, плавающий клапан 9 перекрывает отверстие 8 в перегородке 6, преграждая доступ воды к нагревательному устройству 13.

Далее в верхнюю полость вытеснительной цистерны 5 из источника 12 по трубопроводу 10 через клапан 11 подают рабочее тело, и весь процесс в той же последовательности повторяется до тех пор, пока балластная цистерна не будет осушена в необходимой степени. После этого прекращается подача рабочего тела и отключается подача энергии к нагревательному устройству.

Использование: судостроение. Сущность изобретения: в системе для изменения плавучести подводного аппарата, включающей балластную цистерну, сообщающуюся с забортной водой и имеющую клапан вентиляции, и нагревательное устройство, подключенное к источнику энергоснабжения, балластная цистерна выполнена прочной и сообщена с забортной водой через дополнительно введенную в систему прочную вытеснительную цистерну. Вытеснительная цистерна разделена на две полости внутренней перегородкой, имеющей отверстие, под которым размещен плавучий клапан. В днище нижней полости цистерны вмонтирован невозвратный клапан для сообщения с окружающей средой, а нагревательное устройство расположено в верхней части вытеснительной цистерны. Нижняя и верхняя полости вытеснительной цистерны соединены трубопроводами через невозвратные клапаны соответственно с нижней и верхней частями полости балластной цистерны. Рабочим телом системы служит криогенная жидкость, например жидкий азот. Источник рабочего тела соединен трубопроводом через невозвратный клапан с верхней полостью вытеснительной цистерны. 1 ил.

Система для изменения плавучести подводного аппарата, содержащая балластную цистерну, сообщающуюся с забортной водой и имеющую клапан вентиляции, и нагревательное устройство, подключенное к источнику энергоснабжения, отличающаяся тем, что она снабжена вытеснительной цистерной, причем балластная цистерна снабжена клапаном для впуска в нее забортной воды и сообщена с заборной водой через упомянутую вытеснительную цистерну, в днище которой вмонтирован невозвратный клапан, при этом вытеснительная цистерна разделена на две полости перегородкой с отверстием под седло клапана, расположенной не выше днища балластной цистерны, а под упомянутым отверстием установлен плавучий клапан, причем нагревательное устройство расположено в верхней полости вытеснительной цистерны, сообщенной трубопроводом через невозвратный клапан с источником криогенной жидкости, которым снабжена система, а верхняя и нижняя полости вытеснительной цистерны через невозвратные клапаны сообщены трубопроводами с балластной цистерной соответственно в ее верхней и нижней точках.