Подводная лодка с прямоточной паровой ядерной энергетической установкой

Полезная модель относится к теплоэнергетике и энергомашиностроению, а именно, к подводным аппаратам с ядерной энергетической установкой (ЯЭУ) и может быть использована для подводных боевых и гражданских исследовательских или транспортных судов.
В сложных по конструкции, тяжеловесных, габаритных и, значительно снижающих объем для полезной нагрузки энергетических установках известных АПЛ, осуществляется многоконтурный замкнутый цикл генерации рабочего тела водяного пара и многократный цикл преобразования его потенциальной энергии: в механическую в паровой турбине, механической паровой турбины в электрическую в электрогенераторе, электрической электрогенератора в механическую в электродвигателе, которая за тем через понижающий редуктор используется для вращения винта, создающего пропульсивную силу толкания для движения АПЛ.
Сброс пара из турбины и его конденсация осуществляется в конденсаторе, охлаждаемом забортной водой, протекающей по трубкам, рассчитанным на полное забортное давление. Прокачка забортной воды осуществляется циркуляционным насосом.
Известна упрощенная ядерная энергетическая установка для подводных лодок с бесконтурным атомным реактором для АПЛ с использованием в качестве рабочего тела забортной воды, содержащая канал для подачи воды в парогенератор, в качестве источника тепла для генерации пара ядерный реактор, тепловыделяющие элементы и, управляющие реакцией стержни которого, установлены в парогенераторе, а потенциальная энергия пара, выходящего через сопло, используется для создания толкающей пропульсивной силы для движения. (Патент РФ №2380563 - прототип).
При создании технического решения защищаемого полезной моделью ставились задачи - резкое упрощение конструкции атомной энергетической установки АПЛ, уменьшение ее веса и занимаемого объема, снижение лобового гидросопротивления при движении АПЛ, уровня гидроакустической шумности, а так же повышение уровня радиационной безопасности и снижение затрат на ее производство и эксплуатацию.
Поставленные задачи решены тем, что заборник воды, канал для подачи воды в парогенератор, парогенератор и сопло выполнены соосно корпусу подводной лодки, а в качестве ядерного источника тепловой энергии для генерации пара в парогенераторе установлена тепловыделяющая сборка (ТВС) с минимальным количеством ТВЭЛов, обеспечивающих генерацию пара с рабочим давлением, обеспечивающим создание требуемой пропульсивной толкающей силы.
Указанные выше отличительные признаки обеспечивают решение поставленных задач намеченных при создании данной полезной модели.
Канал для забортной воды от заборника до парогенератора имеет небольшой диаметр и практически не снижает полезный объем АПЛ, при этом объем, занимаемый по всей длине в центральной части АПЛ водой и паром, повышает степень ее плавучести, обеспечивает наименьшую осадку корабля, снижает объемы балластных штатных цистерн и требования по балластированию.
Толкающее подводную лодку усилие создается разностью сил, создаваемых перепадом давления пара на площади поперечного сечения канала подачи воды в парогенератор и на площади поперечного сечения парогенератора.
Процесс генерации пара из морской воды и кавитационные шумы, сопровождающие процесс изменения фазового состояния воды при переходе жидкости в пар и при конденсации в жидкость (скачки давления), происходят внутри АПЛ без передачи возмущений окружающей корпус лодки воде и, соответственно, дальнейшего их распространения с возможностью фиксации гидроакустическим оборудованием, что в свою очередь повышает маневренность при управлении АПЛ рулевыми средствами, так как процесс конденсации пара завершается в цилиндрическом канале сопла.
Создание тяги обеспечивается наиболее эффективным объемным расширением пара по сравнению с использованием кинетической энергии струи пара, выходящего из сопла и создающего силу отдачи при торможении с жидкостью, и обеспечивается более эффективное управление рулями в скоростном потоке жидкости.
При использовании АПЛ в гражданском исполнении помещения (каюты) для экипажа и пассажиров, грузовые отсеки для размещения перевозимого груза, и при использовании в качестве носителя различных видов боевого оружия - торпедные аппараты для торпед и шахты для крылатых и межконтинентальных боевых ракет (МБР) размещаются в цилиндрическом объеме вокруг осевого канала по всей ее длине.
Мощность ЯЭУ определяется водоизмещением АПЛ и требуемой скоростью хода, при этом ТВС должна обеспечивать генерацию насыщенного пара с температурой исключающей его конденсацию при различной глубине погружения.
Бесконтурная прямоточная ЯЭУ с использованием забортной воды и с минимальным количеством тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) обеспечивает высокие тактико-технические характеристики АЛЛ, такие как снижение лобового гидросопротивления, бесшумность и высокий уровень радиационной безопасности.
Для обеспечения максимальной боеспособности АПЛ в качестве боевого заряда для МБР целесообразно использовать газопаровой заряд повышенной мощности по патенту № 177942.