Энергетическая система на основе установки органического цикла Ренкина для подводной лодки Российский патент 2024 года по МПК B63G8/10 B63G8/08 F01K25/10 F02G1/04 

Изобретение относится к энергетическим системам, предназначенным 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, 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 на основе установки органического цикла Ренкина для подводной лодки, 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 органической жидкости и насос подачи органической жидкости, магистраль для отвода отработанных газов с компрессором, магистраль забортной охлаждающей воды с насосом для охлаждения энергетической системы, 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, магистраль забортной охлаждающей воды с насосом для охлаждения энергетической системы, разделена на линию подачи охлаждающей воды с запорно-регулирующим клапаном в установку органического цикла Ренкина, проходящую через теплообменник-конденсатор пара органической жидкости замкнутого парового контура установки органического цикла Ренкина, и на линию подачи охлаждающей воды с запорно-регулирующим клапаном для охлаждения отработанных газов, проходящую через теплообменник-охладитель отработанных газов с расположенным на ней после теплообменника-охладителя 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 на основе установки органического цикла Ренкина для подводной лодки 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 линией, 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,

магистрали забортной охлаждающей воды с насосом для охлаждения энергетической системы, разделенной на линию подачи охлаждающей воды с запорно-регулирующим клапаном в установку органического цикла Ренкина, проходящую через теплообменник-конденсатор пара органической жидкости замкнутого парового контура установки органического цикла Ренкина, и на линию подачи охлаждающей воды с запорно-регулирующим клапаном для охлаждения отработанных газов, проходящую через теплообменник-охладитель отработанных газов с расположенным на ней после теплообменника-охладителя 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, за счет отвода низкопотенциальной тепловой энергии, образующейся при работе энергетической системы путем введения магистрали забортной охлаждающей воды с насосом для охлаждения энергетической системы, разделенной на линию подачи охлаждающей воды с запорно-регулирующим клапаном в установку органического цикла Ренкина, проходящую через теплообменник-конденсатор пара органической жидкости замкнутого парового контура установки органического цикла Ренкина, и на линию подачи охлаждающей воды с запорно-регулирующим клапаном для охлаждения отработанных газов, проходящую через теплообменник-охладитель отработанных газов с расположенным на ней после теплообменника-охладителя устройством для растворения части отработанных газов в забортной воде, 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 линии 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 подачи осушенных отработанных газов;

29 - жидкостно-газовый эжектор;

30 - магистраль забортной охлаждающей воды для охлаждения энергетической системы,

31 - насос магистрали забортной охлаждающей воды для охлаждения энергетической системы,

32 - линия подачи охлаждающей воды в установку органического цикла Ренкина;

33 - запорно-регулирующий клапан на линии подачи охлаждающей воды в установку органического цикла Ренкина;

34 - линия подачи охлаждающей воды для охлаждения отработанных газов;

35 - запорно-регулирующий клапан на линии подачи охлаждающей воды для охлаждения отработанных газов.

36 - запорно-регулирующий клапан на линии-перемычке. Энергетическая система на основе установки органического цикла

Ренкина для подводной лодки работает следующим образом.

Энергетическая система на основе установки органического цикла Ренкина для подводной лодки 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 36 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 замкнутому паровому контуру 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 замкнутому паровому контуру 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 бросовой 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 органической жидкости 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 замкнутого парового контура установки органического цикла Ренкина 5.

Работа энергетической системы, предназначенной для работы подводной лодки, как в надводном, так и в подводном положении, осуществляется за счет отвода низкопотенциальной тепловой энергии, образующейся при работе энергетической системы путем введения магистрали забортной охлаждающей воды 30 с насосом 31 для охлаждения энергетической системы, разделенной на линию подачи охлаждающей воды 32 с запорно-регулирующим клапаном 33 в установку органического цикла Ренкина 5, проходящую через теплообменник-конденсатор пара 8 органической жидкости замкнутого парового контура установки органического цикла Ренкина 5, и на линию подачи охлаждающей воды 34 с запорно-регулирующим клапаном 35 для охлаждения отработанных газов, проходящую через теплообменник-охладитель отработанных газов 25 с расположенным на ней после теплообменника-охладителя 25 устройством для растворения части отработанных газов в забортной воде в виде жидкостно-газового эжектора 29.

Для обеспечения охлаждения установки органического цикла Ренкина 5 охлаждающая забортная вода с помощью насоса 31 по магистрали забортной охлаждающей воды 30 и далее через запорно-регулирующий клапан 33 по линию подачи охлаждающей воды 32 подается в теплообменник-конденсатор пара 8 для конденсации пара органической жидкости установки органического цикла Ренкина 5, что обеспечивает работу замкнутого парового контура установки органического цикла Ренкина 5 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 замкнутого парового контура установки органического цикла Ренкина 5, и поступают в теплообменник-охладитель отработанных газов 25. В теплообменнике-охладителе 25 отработанные газы охлаждаются забортной водой, поступающей через запорно-регулирующий клапан 35 по линии подачи охлаждающей воды 34 и удаляющейся затем снова за борт подводной лодки через устройство для растворения части отработанных газов в забортной воде в виде жидкостно-газового эжектора 29.

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 через открытые запорно-регулирующие клапана 18 и 24 за пределы корпуса подводной лодки 1 в окружающую среду с помощью компрессора 28.

Количество охлаждающей забортной воды поступающей на линию подачи охлаждающей воды 34 и линию подачи охлаждающей воды 32 в установку органического цикла Ренкина 5 регулируется с помощью запорно-регулирующих клапанов 33 и 35.

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, 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 через открытый запорно-регулирующий клапан 36 в жидкостно-газовой эжектор 29, который расположен на линии подачи охлаждающей воды 34, 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 через 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 замкнутому паровому контуру установки органического цикла Ренкина 5. Органическое рабочее тело установки органического цикла Ренкина 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 органической жидкости 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 замкнутого парового контура установки органического цикла Ренкина 5.

Для обеспечения охлаждения установки органического цикла Ренкина 5 охлаждающая забортная вода с помощью насоса 31 по магистрали забортной охлаждающей воды 30 и далее через запорно-регулирующий клапан 33 по линию подачи охлаждающей воды 32 подается в теплообменник-конденсатор пара 8 для конденсации пара органической жидкости установки органического цикла Ренкина 5, что обеспечивает работу замкнутого парового контура установки органического цикла Ренкина 5 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 (при закрытых клапанах 20 и 24 и открытых клапанах 23, 18 и 36) 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 через запорно-регулирующий клапан 35 по линии подачи охлаждающей воды 34.

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 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 при закрытом запорно-регулирующим клапане 24 направляется по линии-перемычки 27 через открытый запорно-регулирующий клапан 36 в жидкостно-газовой эжектор 29, в который также поступает забортная вода по линии подачи охлаждающей воды 34.

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 31 и эжекторного эффекта жидкостно-газового эжектора 29.

Количество отработанных газов поступающих на байпасную линию 22 и на линию-перемычку 27 регулируется с помощью открытых запорно-регулирующих клапанов 23 и 18.

Количество охлаждающей забортной воды поступающей на линию подачи охлаждающей воды 34 и линию подачи охлаждающей воды 32 в установку органического цикла Ренкина 5 регулируется с помощью запорно-регулирующих клапанов 33 и 35.

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.

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 линии подачи охлаждающей воды 34, для растворения (поглощения) в заборной воде и последующего удаления за борт подводной лодки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Энергетическая система на основе установки органического цикла Ренкина для подводной лодки, 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 органической жидкости и насос подачи органической жидкости, магистраль для отвода отработанных газов с компрессором, магистраль забортной охлаждающей воды с насосом для охлаждения энергетической системы, 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, магистраль забортной охлаждающей воды с насосом для охлаждения энергетической системы разделена на линию подачи охлаждающей воды с запорно-регулирующим клапаном в установку органического цикла Ренкина, проходящую через теплообменник-конденсатор пара органической жидкости замкнутого парового контура установки органического цикла Ренкина, и на линию подачи охлаждающей воды с запорно-регулирующим клапаном для охлаждения отработанных газов, проходящую через теплообменник-охладитель отработанных газов с расположенным на ней после теплообменника-охладителя устройством для растворения части отработанных газов в забортной воде.

2. Энергетическая система на основе установки органического цикла Ренкина для подводной лодки по п. 1, отличающаяся тем, что устройство для растворения части отработанных газов в забортной воде выполнено в виде жидкостно-газового эжектора.