Энергетическая установка для подводной лодки с высокотемпературной паровой турбиной

Устройство относится к области энергетики, а именно к энергоустановкам подводных лодок. Энергетическая установка для подводной лодки с высокотемпературной паровой турбиной состоит из паровой турбины с отбором пара 1, конденсатора 2, газоудаляющего устройства 3, абсорбера с насосом откачки воды с растворенным CO₂ за борт 4, конденсатно-питательного насоса 5, регенеративного подогревателя (одного или нескольких) 6, подогревателя топлива 8, подогревателя кислорода 7, емкости для топлива 9, емкости для кислорода 10, высокотемпературного парогенератора 11 и линии отвода избыточной воды 12. Предложенное техническое решение позволяет существенно повысить начальную температуру цикла и коэффициент полезного действия установки в целом до 40%.

Устройство относится к области энергетики, а именно к энергоустановкам подводных лодок.

Известно электрогенерирующее устройство с высокотемпературной паровой турбиной (см. патент RU на изобретение 2335642 C1 от 19.02.2007 г.), включающее в себя паровой котел, высокотемпературный пароперегреватель, паровую турбину с электрогенератором и конденсатором, другое энергетическое оборудование. Его недостатком является наличие крупногабаритного парового котла и потерь тепловой энергии с уходящими газами.

Наиболее близким по технической сущности является анаэробная установка для дизельных подводных лодок (см. А.Н.Дядик, В.В.Замуков, В.А.Дядик Корабельные воздухонезависимые энергетичесикие установки, Санкт-Петербург, изд-во Судостроение, 2006 г., с.105-106), включающая в себя емкости для хранения кислорода и топлива, камеру сгорания, паровую турбину с электрогенератором, конденсатор, насосы, подогреватели. Ее недостатком является низкий коэффициент полезного действия, который составляет 20%. Это объясняется ограниченной (не более 550÷600°C) температурой пара на выходе из парогенератора, которая традиционно определяется прочностью парогенерирующих труб парового котла.

Преодоление этих недостатков возможно, если продукты сгорания углеводородного топлива смешивать без промежуточной теплообменной поверхности с водяным паром (водой) в высокотемпературном парогенераторе и направлять в турбину, а неконденсирующиеся газы (углекислый газ - CO₂) после конденсатора растворять в забортной воде и откачивать ее насосом за борт. Передача тепла от продуктов сгорания к воде и водяному пару происходит без теплопередающей поверхности. В этом случае температура пара на входе в турбину не ограничена прочностью стенок парогенерирующих труб традиционных паровых котлов (они отсутствуют) и может быть существенно повышена (до 1500°C), что обеспечивает рост коэффициента полезного действия (КПД) всей установки.

Схема такой установки приведена на рисунке 1. Она состоит из паровой турбины с отбором пара 1, конденсатора 2, газоудаляющего устройства 3, абсорбера с насосом откачки воды с растворенным CO₂ за борт 4, конденсатно-питательного насоса 5, регенеративного подогревателя (одного или нескольких) 6, подогревателя топлива 8, подогревателя кислорода 7, емкости для топлива 9, емкости для кислорода 10, высокотемпературного парогенератора 11 и линии отвода избыточной воды 12.

Установка работает следующим образом. Топливо из емкости для топлива 9 через подогреватель топлива 8 поступает в высокотемпературный парогенератор 11, сюда же подается из емкости для кислорода 10 и подогревателя кислорода 7 газообразный кислород. В высокотемпературном парогенераторе 11 топливо сгорает в среде кислорода с образованием углекислого газа (CO₂ ) и водяного пара. Питательная вода после регенеративного подогревателя 6 также подается в высокотемпературный парогенератор 11, смешивается с продуктами сгорания, испаряется, в результате образуется высокотемпературный (800÷1000°C) водяной пар с CO₂, поступающий на вход в паровую турбину с отбором пара 1. Пар расширяется в паровой турбине с отбором пара 1, производя полезную работу. Отработавший пар поступает в конденсатор 2, конденсируется и конденсатно-питательным насосом 5 подается в регенеративный подогреватель 6, где температура питательной воды возрастает за счет тепла пара отбора, и цикл замыкается. Часть конденсата по линии отвода избыточной воды 12 выкачивается и удаляется из цикла. Неконденсирующиеся газы (CO₂), образовавшиеся при сгорании топлива в среде кислорода, откачиваются из конденсатора 2 газоудаляющим устройством 3 в абсорбер с насосом откачки воды с растворенным CO₂ за борт 4, растворяются в забортной воде и насосом откачки удаляются за борт. Другими техническими решениями утилизации CO₂ могут быть его закачка в емкости под избыточным давлением, находящиеся внутри подводной лодки, или перевод CO ₂ в жидкое или твердое состояние с закачкой в емкости.

Предложенное техническое решение позволяет существенно повысить начальную температуру цикла и коэффициент полезного действия установки в целом до 40%.

Энергетическая установка для подводной лодки с высокотемпературной паровой турбиной, состоящая из паровой турбины с отбором пара, конденсатора, конденсатно-питательного насоса, регенеративного подогревателя (одного или нескольких), подогревателя топлива и подогревателя кислорода, соединенных с отбором турбины, емкости для топлива, емкости для кислорода и высокотемпературного парогенератора, отличающаяся тем, что емкости с топливом и кислородом, а также регенеративный подогреватель по конденсату соединен с высокотемпературным парогенератором, который соединен с паровой турбиной, имеющей отбор пара, и далее конденсатором, к которому присоединено газоудаляющее устройство, связанное с абсорбером, имеющим насос откачки воды с растворенным CO₂ за борт подводной лодки, а от линии за конденсатно-питательным насосом имеется линия отвода избыточной воды.