СУДНО Российский патент 2001 года по МПК B63G8/00 B63G8/08 

Изобретение относится к судостроению и может быть применено при создании погружных судов с улучшенными шумовыми характеристиками за счет усовершенствования системы охлаждения силовых установок.

Известно судно, имеющее энергетическую установку с газовой турбиной для работы в квазизамкнутом контуре и с генератором, в которой теплообменник горячего воздуха и предохладитель установлены совместно в резервуаре под давлением, а газовая турбина установлена на резервуаре, стоящем на фундаменте, что обеспечивает эффективное шумоподавление /ЕПВ, заявка N 0302508, B 63 G 8/12, публ. 08.02.89 г./. Недостатком известной конструкции можно считать ограниченность ее применения только на установках с газовой турбиной и невозможность использования ее для силовых установок турбогенераторного типа.

Известен двигатель для подводных транспортных средств термогидравлического типа, который имеет камеру расширения, частично заполненную жидкостью, отсек переменного объема, заполненный этой жидкостью, и систему замещения, соединенную с камерой расширения и с отсеком переменного объема. Система замещения приводится в действие потоком жидкости, входящей и выходящей из нее, причем расходы жидкости на входе и выходе приблизительно равны /Франция, патент N 2227763, B 63 G 8/08, публ. 27.12.74/. Аналогичная конструкция двигателя, имеющая несколько отсеков переменного объема, сдвинутых один относительно другого, из которых по крайней мере два соединены с камерой расширения в течение части цикла их работы, предложена в патенте N 2227766, Франция, B 63 G 8/08, публ. 27.12.74. Недостатком известных технических решений можно считать повышение шумности двигателя при изменении нагрузки, обусловленное возмущениями потока жидкости при изменении ее расхода, сопровождающегося турбулизацией ламинарного течения потока жидкости.

Известно судно, а именно судно ледового плавания, включающее размещенные в корпусе силовую установку турбогенераторного типа с охладителем, включающим в себя конденсатор и циркуляционный насос, сообщенные между собой трубопроводами прокачки конденсата, балластные цистерны с трубопроводами заполнения и обогрева, которые сообщены через кингстонную цистерну с приемным патрубком циркуляционного насоса охладителя, а трубопроводы заполнения и обогрева балластных цистерн сообщены с выходными патрубками трубопровода прокачки конденсата /СССР, а. с. 1050957, B 63 B 13/00, публ. 30.10.83/. Известная конструкция способствует повышению экономичности силовой установки судна за счет оптимизации теплообмена в контурах охлаждения, однако перемещение избытков воды, возникающих при охлаждении отработавшего пара, через сливные трубопроводы, приводит к дополнительным вибрациям всей системы трубопроводов, которые увеличивают общий уровень шумности, создаваемый силовой установкой. При этом основными источниками шума силовой установки турбогенераторного типа можно считать воздушный шум от турбогенератора, распространящийся в окружающей среде и приводящий к возбуждению корпусных конструкций, вибрации от работающих механизмов, в том числе от циркуляционного насоса, вибрации трубного пучка конденсатора, возмущения потока воды в циркуляционной трассе, передающиеся в потоки в трубопроводах и в забортное пространство в случае сброса воды за борт. Поэтому, несмотря на усовершенствования системы охлаждения турбогенераторной установки традиционной конструкции, она не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к таким установкам, размещаемым на подводных транспортных средствах, по уровню шумности.

Известное судно, включающее размещенную в корпусе силовую установку турбогенераторного типа с турбиной и турбогенератором, а также охладитель с конденсатором и трубопроводом прокачки конденсата, выбрано в качестве наиболее близкого аналога заявляемого изобретения.

Задача изобретения заключается в улучшении эксплуатационных характеристик подводного судна за счет снижения уровня шумности силовой установки турбогенераторного типа.

Задача решена тем, что известное судно, включающее размещенные в корпусе силовую установку турбогенераторного типа с турбиной и турбогенератором, а также охладитель, включающий конденсатор водяного пара с трубопроводом прокачки конденсата, в соответствии с изобретением, снабжено дополнительным замкнутым контуром охлаждения с рабочей жидкостью и конденсатором рабочей жидкости, который размещен вне упомянутого корпуса и связан термодинамически с конденсатором водяного пара посредством дополнительного замкнутого контура охлаждения, при этом турбогенератор и конденсатор водяного пара размещены в выхлопном патрубке турбины силовой установки.

Кроме того, в качестве рабочей жидкости выбрана легкоиспаряющаяся жидкость.

Кроме того, судно выполнено двухкорпусным, с прочным и проницаемым легким корпусами, а упомянутые силовая установка и охладитель размещены в прочном корпусе.

Технический результат изобретения состоит в исключении системы трубопроводов забора воды и циркуляционного насоса из системы охлаждения турбогенераторной установки подводного судна, чем достигается исключение переноса шумовых сигналов от турбогенератора к корпусным конструкциям частицами воздуха, а также в обеспечении охлаждения отработавшего водяного пара через теплообмен и конденсацию легкоиспаряющейся рабочей жидкости в дополнительном замкнутом контуре охлаждения за счет отбора тепла забортной водой, поступающей в проницаемый легкий корпус самопротоком, что в итоге приводит к общему снижению шумоизлучения подводного судна (другого подводного транспортного средства) в широком спектре частот.

На чертеже представлена принципиальная схема системы охлаждения силовой установки подводного судна, выполненная согласно изобретению.

В прочном корпусе 1 размещены турбина 2 с турбогенератором 3, входящие в силовую установку судна, охладитель, включающий конденсатор водяного пара 4, соединенный с насосом 5 трубопроводом прокачки конденсата 6, замкнутый контур охлаждения рабочей жидкости 7, проходящий через прочный корпус 1 подводного судна, который обеспечивает тепловой контакт (теплообмен) между конденсатором водяного пара 4, конденсатором рабочей жидкости 8, размещенным в пространстве 9 между прочным корпусом 1 и проницаемым легким корпусом 10, и забортной водой, поступающей через отверстия в легком корпусе 10 в межбортное пространство. Турбогенератор 3 и конденсатор водяного пара 4 размещены в выхлопном патрубке турбины 2 с образованием вакуумной полости 11.

Система охлаждения силовой установки турбогенераторного типа на подводном судне работает следующим образом. При работе турбогенератора 3, размещенного в вакуумной полости 11 выхлопного патрубка турбины 2, отработавший пар попадает в конденсатор водяного пара 4 и отказывается в тепловом контакте со стенками дополнительного контура охлаждения 7, рабочая жидкость в котором представляет собой легкоиспаряющееся вещество, например, сжиженный газ (в частности, аммиак), отбирающее у водяного пара тепло, расходуемое на парообразование рабочей жидкости. Водяной пар при этом конденсируется. За счет циркуляции по контуру охлаждения 7 смесь рабочей жидкости с ее парами попадает в конденсатор рабочей жидкости 8, омываемый забортной водой. При конденсации рабочей жидкости ее паровая фаза переходит в жидкую с выделением значительного количества тепла, поглощаемого забортной водой и, проходя далее по дополнительному контуру охлаждения 7, вступает вновь в тепловой контакт с водяным паром в конденсаторе водяного пара 4. Конденсат паров воды отводится насосом 5 в трубопровод прокачки конденсата 6.

Возникающие при работе турбогенератора 3 в вакуумной полости 11 акустические колебания не передаются в атмосферу отсека и не возбуждают его корпус, вследствие чего снижается воздействие от передачи акустических колебаний на конденсатор водяного пара 4, процесс теплообмена практически не сопровождается массопереносом вещества и заметными течениями жидкости в трубопроводах.

Таким образом, введение дополнительного контура охлаждения с рабочей жидкостью и обеспечение термодинамической связи (теплообмена) между водяным паром, рабочей жидкостью и забортной водой позволяет исключить циркуляционную трассу - трубопроводы забора воды для охлаждения силовой установки и ее отвода и отказаться от использования необходимого для забора воды циркуляционного насоса на таких режимах работы силовой установки, при которых отбор мощности невелик.

Следствием этого является улучшение характеристик шумоизлучения всего судна (согласно оценкам, уровень шумоизлучения может быть снижен на десятки дБ), поскольку исключается возбуждение прочного корпуса воздушным шумом турбогенератора, а возбуждение легкого корпуса от обтекания забортной водой конструкций водозабора на малошумящих режимах практически не ощутимо и существенно ниже возникающего при этом перевозбуждения конструкций легкого корпуса. Кроме того, упрощаются управление и контроль за работой силовой установки, что существенно улучшает эксплуатационные характеристики подводного судна в целом.

Изобретение относится к области судостроения. Судно, преимущественно подводное, включает размещенные в прочном корпусе силовую установку с турбиной и турбогенератором, охладитель, включающий конденсатор водяного пара с трубопроводом прокачки конденсата, замкнутый контур охлаждения с легкоиспаряющейся рабочей жидкостью и конденсатор рабочей жидкости. Конденсатор рабочей жидкости размещен вне прочного корпуса и связан термодинамически с конденсатором водяного пара посредством упомянутого замкнутого контура охлаждения. Турбогенератор и конденсатор водяного пара размещены в выхлопном патрубке турбины силовой установки с образованием вакуумной полости. Охлаждение турбогенераторной установки происходит за счет отбора тепла от циркулирующей в контуре рабочей жидкости забортной водой, поступающей в легкий корпус самопротоком. Достигается улучшение эксплуатационных характеристик подводного судна за счет снижения уровня шумности силовой установки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Судно, в частности подводное, включающее размещенные в корпусе силовую установку турбогенераторного типа с турбиной и турбогенератором, а также охладитель, включающий конденсатор водяного пара с трубопроводом прокачки конденсата, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным замкнутым контуром охлаждения с рабочей жидкостью и конденсатором рабочей жидкости, который размещен вне упомянутого корпуса и связан термодинамически с конденсатором водяного пара посредством упомянутого замкнутого контура охлаждения, при этом турбогенераторор и конденсатор водяного пара размещены в выхлопном патрубке турбины силовой установки. 2. Судно по п.1, отличающееся тем, что в качестве рабочей жидкости выбрана легкоиспаряющаяся жидкость. 3. Судно по п.1, отличающееся тем, что судно выполнено двухкорпусным с прочным и проницаемым легким корпусом, а упомянутая силовая установка и охладитель размещены в прочном корпусе.