Замкнутая газотурбинная воздухонезависимая установка для подводной несущей платформы

Полезная модель относится к судостроению, а именно к судовым энергетическим установкам подводных несущих платформ, работающих по замкнутому циклу, т.е. без доступа атмосферному воздуха в подводном положении. В основном подводные несущие платформы предназначены для работы в арктической зоне с преодолением ледовых полей в подводном положении, а также исследования и освоения шельфа морей и океанов.
2
Известна энергетическая установка подводного аппарата (пат. RU №2542166, опубл. 20.02.2015 г.). Энергетическая установка подводного аппарата содержит тепловой двигатель, в качестве теплового двигателя установлен газотурбинный двигатель, систему автоматического управления, впускную систему, образованную ресивером-смесителем и регенератором тепла отработанных газов, последовательно соединенные с ним охладитель отработанных газов, фильтр-влагоотделитель, клапан регулирования рециркуляции. Конденсатор углекислого газа системы удаления выполнен в виде трехкамерного газо-газового неконтактного теплообменника. При этом камера отработанных газов конденсатора соединена с сепаратором, который одной своей камерой соединен через устройство понижения давления со смесителем холодных потоков, а другой камерой соединен с емкостью хранения жидкого СO. Криогенная емкость хранения жидкого окислителя соединена через первую охлаждающую камеру конденсатора со смесителем холодных потоков, который соединен через вторую охлаждающую камеру конденсатора с ресивером-смесителем, соединенным с двигателем.
Недостатками являются наличие системы хранения окислителя (кислорода) в жидком или газообразном состоянии и, как следствие, зависимость от инфраструктуры базирования, наличия системы сжижения и хранения углекислого газа, что повышает сложность и, соответственно, снижает надежность энергетической установки.
Технической задачей является упрощение конструкции и систем газотурбинной установки, независимость от специальной инфраструктуры, поэтому дальность плавания суммарно в надводном и подводном положении объекта определяется только запасами органического топлива.
Технический результат достигается тем, что в замкнутой газотурбинной воздухонезависимой установке для подводной несущей платформы, содержащей газотурбинный двигатель с регенератором, систему автоматического управления, охладитель отработанных газов, включающий фильтр-влагоотделитель, и циркуляционный насос, систему подготовки газовой смеси, образованную ресивером-смесителем, регулирующим клапаном и системой хранения и подачи окислителя, топливную систему, образованную системой хранения и подачи топлива, при этом система хранения и подачи воздуха-окислителя в камеру сгорания содержит последовательно баллоны сжатого атмосферного воздуха, воздухонагреватель высокого давления, турбодетандер, воздухонагреватель среднего давления и регулирующий клапан, воздухонагреватели установлены на выхлопе газотурбинного двигателя, в камере сгорания жаровая труба имеет полость для подвода воздуха-окислителя в количестве, необходимом для сгорания топлива, рабочим телом является смесь азота и продуктов сгорания органического топлива, установка содержит дополнительно систему газоудаления для сброса излишков рабочего тела после компрессора газотурбинного двигателя непосредственно за борт.
Упрощение конструкции и систем газотурбинной установки происходит за счет применения воздуха в качестве окислителя рабочего тела, воздух находится в баллонах при высоком давлении, которые могут быть пополнены в процессе плавания.
Независимость от специальной инфраструктуры достигается за счет применения сжатого атмосферного воздуха в качестве окислителя органического топлива.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом (фиг.). Установка содержит газотурбинный двигатель с регенератором теплоты, имеющий повышенную эффективность по сравнению с газотурбинным двигателем простого цикла. Газотурбинный двигатель представляет собою роторный тепловой двигатель и включает компрессор 1, камеру сгорания 6, турбину 8, регенератор теплоты отработанных газов 7, расположенный после турбины 8, воздухонагреватели высокого 9 и среднего 10 давления и охладитель отработанных газов 12, расположенные последовательно между регенератором 7 и компрессором 1. Компрессор 1, камера сгорания 6 и турбина 8 установлены соосно с нагрузкой 2. Система хранения окислителя состоит из баллонов воздуха высокого давления 13, компрессорной установки воздуха высокого давления 14, имеющей связь с атмосферой при нахождении подводной несущей платформы в надводном положении. Баллоны воздуха высокого давления 13 связаны с камерой сгорания 6 через воздухонагреватель высокого давления 9, турбодетандер 15, понижающий давление воздуха после баллонов, производя при этом полезную работу, воздухонагреватель среднего давления 10 (необязательно) и регулирующий клапан 11. Система охлаждения рабочего тела состоит из охладителя отработанного газа 12, который прокачивается забортной водой, циркулирующей по системе трубопроводов посредством циркуляционного насоса 16, сепаратора влаги 19, конденсатного насоса 17 и цистерны сбора конденсата 18. Система газоудаления включает в себя регулирующий клапан 4 и эвакокомпрессор 3, позволяющие сбрасывать излишки рабочего тела в подводном положении.
Наличие сжатого воздуха увеличивает энергетическую емкость газотурбинной установки в подводном положении. Воздух при высоком давлении нагревается в воздухонагревателе высокого давления 9 после регенератора 7 выхлопными газами и проходит через турбодетандер 15. Далее воздух при среднем давлении догревается выхлопными газами в воздухонагревателе среднего давления 10 и подается в камеру сгорания 6 газотурбинного двигателя. Кислород воздуха используется для сгорания углеводородного топлива, а азот в качестве рабочего тела. Продукты сгорания, и азот, нагретый в камере сгорания 6, расширяясь в турбине 8, увеличивают мощность газотурбинного двигателя. Воздух подается в полость 21 в начале жаровой трубы 20 и далее в зону горения через отверстия по окружности приемной полости с небольшим коэффициентом избытка для поддержания полноты сгорания топлива.
Установка снабжена регулируемыми автоматическими клапанами (не показано), которые управляющими связями подключены к системе
автоматического управления, контроля и защиты установки (стандартные), функционально состоящей из подсистемы управления газотурбинным двигателем и подсистемы управления горения в камере сгорания. Все клапаны и механизмы оснащены исполнительными механизмами, дистанционно управляемыми системой автоматического управления, что обеспечивает функционирование установки с оптимальными для текущего режима технико-экономическими характеристиками.
Замкнутая газотурбинная воздухонезависимая установка для подводной несущей платформы работает следующим образом.
Работу газотурбинного двигателя в подводном положении обеспечивают подачей в камеру сгорания 6 органического топлива через форсунку 22, рабочего тела и воздуха, запасенного в баллонах воздуха высокого давления 13. Воздух подается в полость 21 в начале жаровой трубы 20 и далее в зону горения через отверстия по окружности приемной полости с небольшим коэффициентом избытка для поддержания полноты сгорания топлива. Рабочее тело, представляющее собой смесь азота и продуктов сгорания органического топлива, сжимается компрессором 1 и подогревается в регенераторе 7 и направляется в камеру сгорания 6. Запасенный в баллонах воздуха высокого давления 13 сжатый атмосферный воздух через воздухонагреватель высокого давления 9, турбодетандер 15, понижающий давление воздуха после баллонов до среднего давления, производя при этом полезную работу, подается в воздухонагреватель среднего давления 10 (необязательно) и регулирующий клапан 11, определяющий его расход, и поступает в камеру сгорания 6. Образовавшиеся в камере сгорания 6 рабочие газы поступают на турбину 8, приводящую компрессор 1 и нагрузку 2, а затем на регенератор 7, после которого направляются в воздухонагреватель высокого давления 9 и воздухонагреватель среднего давления 10 для подогрева атмосферного воздуха, подаваемого в камеру сгорания 6 из баллонов 13. После воздухонагревателя 10 рабочие газы охлаждаются в охладителе газов 12, который прокачивается забортной водой, циркулирующей по системе трубопроводов посредством циркуляционного насоса 16, образовавшийся в процессе охлаждения конденсат скапливается в сепараторе влаги 19, откуда отводится конденсатным насосом 17 в цистерну сбора конденсата 18. Поток охлажденных и осушенных рабочих газов поступает на компрессор 1, где сжимается и далее делится на две части. Большая часть потока в качестве рабочего тела направляется в камеру сгорания 6. Излишки рабочего тела выталкиваются компрессором 1 через регулирующий клапан 4 при открытом запорном клапане 5. Если давление морской воды больше, чем давление, созданное компрессором 1, сброс излишков рабочего тела осуществляется через эвакокомпрессор 3 и регулирующий клапан 4 при закрытом клапане 5.
Работа газотурбинного двигателя в надводном положении осуществляется в том же порядке, что и в подводном. В это время, компрессорная установка воздуха высокого давления 14 осуществляет наполнение баллонов воздуха высокого давления 13 атмосферным воздухом.
В результате реализации заявляемой полезной модели получаем замкнутую газотурбинную воздухонезависимую установку для подводной несущей платформы, характеризующуюся упрощением конструкции и систем газотурбинной установки, независимостью от специальной инфраструктуры.