ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ Российский патент 1999 года по МПК B63H21/38 

Изобретение относится к корабельным системам подводной лодки (ПЛ), в частности к топливной системе.

Известна корабельная топливная система (см. С.Н.Прасолов, М.Б.Амитин "Устройство подводных лодок" М, МО, 1973 г., стр.139-146, 267, рис.53, 54, 56, 111), которая предназначена для приема, хранения и подачи дизельного топлива к главным дизелям, дизель-генераторам и дизель-компрессорам, а также передачи топлива на другие корабли или на базу. Данная топливная система принята за прототип.

Она включает в себя наружные топливные цистерны, устройство для отстоя и подачи топлива на дизель (расходный топливный бак), размещенное под подволоком дизельного отсека с трубопроводом слива отстоя, приемно-расходный трубопровод и трубопровод подачи топлива на дизель.

Наружные топливные цистерны вмещают 85-97% общего запаса топлива. Для обеспечения остойчивости подводной лодки они традиционно размещаются в нижней части легкого корпуса под днищем прочного корпуса, вследствие чего заполненные объемы топливных цистерн имеют небольшую высоту при сравнительно большой ширине и длине цистерны (см. рис.54, 55, Прасолов С.Н., Амитин М.Б. ).

При замещении топлива водой, даже при незначительном расходе топлива, в цистерне образуется большая поверхность раздела сред "топливо-вода", которая при штормовой погоде и нахождении подводной лодки в надводном положении образует эмульсионный слой большой толщины.

Из всех наружных топливных цистерн одна, обычно расположенная вблизи дизельного отсека, выделяется как расходная и через нее производится последовательный расход топлива. Остальные цистерны по мере расхода подключаются на нее. При окончании расхода топлива в одной из цистерн и переходе на другую возможен заброс обводненного топлива в расходную цистерну, а при ее расходе и попадание обводненного топлива в расходный топливный бак.

Расходный топливный бак служит для отстоя и обеспечения подачи дизтоплива на дизель с необходимым подпором в течение длительного времени без пополнения, занимает большой объем и без того в затесненном отсеке, располагается под подволоком, и в силу вышеперечисленного и конфигурации верхней части дизельного отсека конструктивно выполнен большой длины и ширины при относительно небольшой высоте. Расходный бак разделен вертикальной перегородкой на две независимые половины, в нижней части которых располагаются отстойники, имеющие запорные клапаны и трубопроводы слива отстоя в цистерну сточного топлива.

При работе дизельной установки одна половина бака поставлена на расход, в то время как другая пополняется и отстаивается.

После расхода топлива в первой половине бака производится переключение: первая половина бака ставится на пополнение и отстой, а вторая на расход к дизельной установке.

Вследствие того что расходный топливный бак имеет большую поверхность при относительно небольшой высоте, при большом волнении моря и забросе эмульсионного слоя (обводненного топлива) в него топливо не успевает полностью отстаиваться и возможно попадание воды в топливную аппаратуру дизельной установки.

Задача изобретения - повышение надежности, экономичности энергоустановки и ресурса ее топливной аппаратуры путем более качественной подготовки топлива на подводной лодке перед сжиганием, а также снижение массогабаритов, трудоемкости, стоимости работ на изготовление и монтаж топливной системы.

Для решения этой задачи в топливной системе, включающей наружные топливные цистерны, приемно-расходный трубопровод, трубопровод подачи топлива на дизель, устройство для отстоя и подачи топлива на дизель (расходный топливный бак) с трубопроводом слива отстоя выполнено в виде инерционного сепаратора непрерывного действия (патент РФ N 2077916), снабженного системой для отделения и автоматического удаления воды и механических примесей, а конструкция наружных топливных цистерн имеет вытянутые формы по высоте, для чего использована часть цистерн главного балласта (ЦГБ), размещенных в легких оконечностях подводной лодки, под топливно-балластные цистерны (ТБЦ) и в них установлены вертикальные продольные переборки, снабженные переливными (сифонными) трубами. Благодаря этому обеспечивается хороший отстой, подпор топлива, необходимый для эффективной работы инерционного сепаратора и подачи топлива на дизель, а также минимальный по объему эмульсионный слой.

На трубопроводе подачи топлива на дизель установлено устройство для его подогрева до температуры 20-50^oC с целью снижения вязкости топлива перед подачей его на сепаратор и фильтры.

Наружные топливные цистерны последовательно соединены между собой. Подача воды замещения при этом производится в концевую.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена схема топливной системы.

Система состоит из наружных топливных или топливно-балластных цистерн ТБЦ 1, 2 с продольными перегородками 3, перепускными (сильфонными) трубами 4 и магистральными трубопроводами: приемно-расходными 5, замещения 6, замещения топлива топливом 7, вентиляции 8; компенсационной выгородки 9, сообщенной в нижней части с забортом, а в верхней через трубопровод уравнивания давления 10 с трубопроводом замещения ТБЦ; цистерны сточного топлива 11 со сточным трубопроводом 12, внутренней топливной цистерны 13, счетчика расхода топлива 14 с фильтром грубой очистки, инерционных сепараторов топлива 15, ручных насосов 16, донной запорной арматуры: кингстона 17 выгородки компенсации объема топлива при уравнивании давления в ТБЦ с забортным в подводном положении; кингстонов замещения: 18 ТБЦ1 и 19 ТБЦ2; кингстонов приемно-расходных: 20 ТБЦ1 и 21 ТБЦ2, кингстона 22 замещения топлива топливом; клапанов: 23 вентиляции компенсационной выгородки; 24, 25 вентиляции ТБЦ1 и ТБЦ2; кингстонов: 26 приема топлива и 27 выдачи воды замещения; путевых клапанов: 28 разобщительного ТБЦ1 от ТБЦ2; 29 замещения (II запор); 30 приемно-расходного (II запор), 31 приема топлива (II запор); 32 выдачи воды замещения (II запор); 33 вентиляции ТБЦ2 и компенсационной выгородки (II запор); 34 вентиляции ТБЦ1 (II запор); 35 подачи воды замещения от системы забортной воды дизеля; 36 подачи воды замещения от трюмного насоса; 37 учета приема топлива в наружные цистерны; 38 учета выдачи топлива; 39 учета расхода топлива и приема во внутреннюю цистерну; 40 спуска отсепарированной воды и механических примесей с сепаратора; 41 подачи топлива на дизель на время пуска; 42 подачи топлива на дизель при работе; 43 вентиляции инерционного сепаратора; 44 вентиляции цистерны сточного топлива; 45 вентиляции внутренней цистерны; 45 приемно-расходного внутренней цистерны; 47 осушения цистерны сточного топлива воздухом; 48 перекрытия спускного трубопровода; 49 топлива на опрессовку дизеля; 50 осушения цистерны сточного топлива ручным насосом; 51 продувания цистерны сточного топлива; 52 продувания ТБЦ2 и компенсационной выгородки; 53 продувания ТБЦ1, 54 продувания внутренней цистерны; 55 палубной втулки приема топлива; 56 палубной втулки выдачи воды замещения; датчиков раздела сред: 57 топливо в воде; 58 вода в топливе; 59 вода в отстойнике сепаратора; датчиков уровня: 60 верхнего, 61 нижнего; 62 змеевика подогрева топлива; манометра 63.

Кингстон 17, клапаны 29, 30, 40 дистанционно-управляемые.

Прием топлива с базы или другого корабля осуществляется под напором в топливно-балластные (наружные) цистерны, заполненные водой.

Топливо может приниматься раздельно, поочередно в каждую из цистерн, а в наружные и последовательно, с выдачей воды замещения из концевой в ТБЦ1.

При раздельном приеме топливо через палубную втулку 55, кингстон 26, клапан 31, трубопровод с арматурой, счетчик количества принимаемого топлива 14, клапан учета приема топлива в наружные цистерны 37, клапан 30, кингстон 21 подается по приемно-расходному трубопроводу 5 в верхнюю правую часть ТБЦ2 либо через клапан 28, кингстон 20 по приемно-расходному трубопроводу 5 в верхнюю левую часть ТБЦ1.

Вода замещения из нижней части ТБЦ2 (ТБЦ1) по трубопроводу замещения 6 через кингстон 19 (18), клапан 29, трубопровод с арматурой, клапан 32, кингстон 27, палубную втулку 56, переходное колено и рукавное соединение выдается на базу или в специальную емкость.

При последовательном приеме топливо через палубную втулку 55, кингстон 26, клапан 31, трубопровод с арматурой, счетчик количества принимаемого топлива 14, клапаны 37, 30, кингстон 21 подается по приемно-расходному трубопроводу 5 в верхнюю часть ТБЦ2 и заполняет ее через переливную трубу 4, затем по трубопроводу замещения топлива топливом 7, кингстоны 22, 20, приемно-расходный трубопровод 5 подается в ТБЦ1, заполняя ее.

Вода замещения из нижней части ТБЦ1 по трубопроводу замещения 6 через кингстон 18 и далее как при раздельном приеме, удаляется на базу или в специальную емкость.

Прием во внутреннюю цистерну осуществляется по трубопроводу с арматурой, как и в наружные цистерны, затем через счетчик 14, клапан учета количества принимаемого топлива во внутреннюю цистерну 39, трубопровод с арматурой и клапан 46 в нижнюю часть цистерны. Окончание приема определяется по футштоку. Окончание приема в наружные цистерны определяется по срабатыванию датчика раздела сред 57 "Топливо в воде".

Пробный трубопровод аннулирован.

Давление приема топлива контролируется по манометру 63, установленному на приемном трубопроводе внутри ПЛ.

Расход топлива.

Топливо расходуется на обеспечение работы дизель-генераторов. Топливно-балластные цистерны могут расходоваться как раздельно, так и последовательно. Для исключения заброса эмульсионного слоя в топливный трубопровод, особенно при большом волнении моря, на подводной лодке принят последовательный расход ТБЦ1 через ТБЦ2.

Внутренняя топливная цистерна расходуется в последнюю очередь.

При последовательном расходе вода замещения подается при ходе лодки под РДП (работа дизеля под перископом) из-за борта через компенсационную выгородку 9, кингстон 17, трубопровод уравнивания давления 10 либо (при работе дизеля в надводном положении лодки) от насоса системы внешней воды, навешенного на дизель, через клапаны 35, 29 и далее через кингстон 18 в ТБЦ1. Давлением воды замещения топливо из ТБЦ1 через переливную трубу 4, трубопровод приемно-расходный 5, кингстоны 20 и 22 при закрытом клапане 28 выдавливается в ТБЦ2 через трубопровод замещения топлива топливом 7 и далее по мере расхода через переливную трубу 4, приемно-расходный трубопровод 5, кингстон 21, клапан 30, арматуру с трубопроводом при закрытом клапане 37 через счетчик 14, клапан учета расхода топлива 39, трубопровод, змеевик подогрева топлива 62, сепаратор топлива 15, клапан 42 поступает на дизель.

При попадании в топливопровод эмульсионного слоя или воды замещения по окончании расхода топлива из топливно-балластных цистерн срабатывает датчик раздела сред 58 "Вода в топливе". При этом автоматически срабатывает на закрытие гидроуправляемый клапан 30.

Взвешенные мельчайшие частички воды и механических примесей, попавшие в топливопровод, сепарируются сепаратором 15 и по мере накопления в отстойнике сепаратора самоудаляются в цистерну сточного топлива 11 при срабатывании датчика раздела сред 59 "Вода в отстойнике сепаратора" через гидроуправляемый клапан 40.

Окончание расхода топлива можно также определить открытием клапанов вентиляции ТБЦ1 25, 34; ТБЦ2 24, 33.

Принцип действия сепаратора основан на использовании разности плотностей топлива и воды. Сепаратор обладает небольшим сопротивлением потоку и обеспечивает непрерывный поток топлива и его очистку от воды и механических примесей с достаточной полнотой и тонкостью.

Сепаратор состоит из вертикального цилиндрического корпуса с подводящим и отводящим патрубками, расположенными в верхней его части, отстойника, дефлекторных тарелок с расширительной камерой, отражательной перегородки и патрубка для удаления отстоя.

Поток топлива, поступающий в сепаратор, резко замедляется в расширителе и, пройдя дефлектор, изменяет свое направление на 180^o с переходом на восходящий для максимального проявления сил инерции. Поскольку примеси тяжелее топлива, они оседают на дно отстойника под действием сил инерции и сил тяжести. Взвешенные мельчайшие частички воды высеваются на тарелках дефлектора и отражателя, прикрепляясь к их конусно-цилиндрической поверхности, сгущаются и укрупняются в капли под действием сил молекулярного притяжения, стекают по ним вниз, объединяясь.

Сепаратор малогабаритен, не требует специального обслуживания, дополнительных затрат энергии на его работу.

Бак сепаратора используется как расходный для пуска дизеля на отстоенном топливе. Пуск дизеля производится при открытых клапанах 41, 42, 43 инерционного сепаратора топлива.

После пуска дизеля с подачей воды замещения в топливные цистерны клапаны 43, 41 закрываются. При автоматизированном пуске дизелей из центрального поста клапаны 41, 43 выполняются гидроэлектроуправляемыми с дистанционным управлением и автоматизированными на закрытие.

Отсечное топливо от форсунок дизеля, топливо от вентилирования при опрессовке топливно-балластных цистерн, отходы топлива при сепарировании и протечки от дизеля собираются в цистерне сточного топлива 11, которая оборудована датчиками верхнего 60 и нижнего 61 уровней.

Особенности обслуживания топливной системы в подводном положении лодки.

При погружении дистанционно закрывают клапаны 29, 30, затем вручную приемно-расходные кингстоны 20, 21 и 22. Кингстоны замещения 18, 19 и уравнивания давления 17 должны быть открыты.

Клапан вентиляции внутренней цистерны 45 и клапаны 47, 48 цистерны сточного топлива открыты.

Таким образом, существенно улучшена организация подготовки топлива на подводной лодке за счет отстаивания при хранении в цистернах, операции перекачивания топлива из одной ТБЦ в другую при расходе (последовательный расход), пропуска топлива через инерционный сепаратор и окончательной его обработки в фильтрах грубой и тонкой очистки дизельной установки.

Для обеспечения лучшего отстаивания, сепарации, фильтрации, качественного распыления топлива форсунками, лучшего сгорания в цилиндрах дизеля топливо перед подачей на потребитель с целью снижения вязкости подогревают до температуры 20-50^oC, что особенно важно при эксплуатации дизельных установок в зимнее время и в северных широтах вследствие его резкого охлаждения и застывания в ТБЦ.

Улучшение топливоподготовки предотвращает попадание воды и механических примесей в топливную аппаратуру, повышает ее надежность, экономичность и ресурс, снижает вероятность отказов в работе, уменьшает нагарообразование и износ цилиндропоршневой группы дизеля, а использование в системе инерционного сепаратора с автоматическим удалением из отстойника воды и механических примесей позволило отказаться от установки расходного топливного бака, требующего регулярного обслуживания.

Топливная система рационально скомпонована совместно с системами автоматического регулирования, контроля и сигнализации.

Конструкция топливной системы обеспечивает легкий доступ к основным узлам и оборудованию топливоподготовки, быструю разборку, очистку и сборку их силами личного состава.

Изобретение относится к судостроению, в частности к топливным системам подводных лодок. Топливная система подводной лодки содержит топливные цистерны, устройство для отстоя и подачи топлива на дизель с трубопроводом слива отстоя в цистерну сточного топлива, размещенное в дизельном отсеке, приемно-расходный трубопровод и трубопровод подачи топлива, соединяющие наружные топливные цистерны через устройство для отстоя и подачи топлива с дизелем. Устройство для отстоя и подачи топлива на дизель выполнено в виде инерционного сепаратора непрерывного действия, снабженного датчиком раздела сред и клапаном с автоматизированным управлением, размещенным на трубопроводе слива отстоя. Наружные топливные цистерны выполнены вытянутыми по высоте для обеспечения подпора топлива на сепаратор и дизель. Достигается повышение надежности системы, снижение ее массогабаритов и повышение экономичности энергоустановки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Топливная система подводной лодки, включающая наружные топливные цистерны, устройство для отстоя и подачи топлива на дизель с трубопроводом слива отстоя в цистерну сточного топлива, размещенное в дизельном отсеке, приемно-расходный трубопровод и трубопровод подачи топлива, соединяющие наружные топливные цистерны через устройство для отстоя и подачи топлива с дизелем, отличающаяся тем, что устройство для отстоя и подачи топлива на дизель выполнено в виде инерционного сепаратора непрерывного действия, снабженного датчиком раздела сред и клапаном с автоматизированным управлением, размещенным на трубопроводе слива отстоя, при этом наружные топливные цистерны выполнены вытянутыми по высоте для обеспечения подпора топлива на сепаратор и дизель. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что на трубопроводе подачи топлива на дизель установлено устройство для подогрева топлива. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что наружные топливные цистерны последовательно соединены между собой.