Прямоточный паровой двигатель с ядерным источником тепла для судов.

Полезная модель относится к теплоэнергетике и энергомашиностроению, а именно, к судовым энергетическим установкам (СЭУ) и может быть использована для пассажирских, транспортных, промысловых, военных, и научных судов.
В известных паровых СЭУ для судов с химическим источником тепловой энергии или ядерным осуществляется замкнутый цикл генерации водяного пара и многократный цикл преобразования его потенциальной энергии давления в механическую в паровой турбине, механической энергии 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 для движения судна.
Известна ядерная энергетическая установка (ЯЭУ) с атомным реактором для атомных подводных лодок и с использованием в качестве рабочего тела забортной воды, содержащая канал для подачи воды в парогенератор, парогенератор в котором установлены тепловыделяюще элементы и управляющие реакцией стержни ядерного реактора и сопло (Патент РФ №2380563).
В известной ядерной энергетической установке с атомным реактором с использованием в качестве рабочего тела забортной воды для генерации пара и создание его давлением пропульсивной толкающей силы канал подачи воды выполнен не прямоточным, требует использования насосов для подачи в парогенератор и заканчивается на передней перпендикулярной оси стенке парогенератора, при этом поступающий в парогенератор поток воды не ускоряется, а замедляется паром, находящимся под более высоким давлением, что снижает эффективность заполнения полости парогенератора водой и не обеспечивает генерацию пара с более высокими параметрами.
При создании технического решения защищаемого полезной моделью ставились задачи - упрощение конструкции СЭУ, повышение КПД, уменьшение ее веса и габаритов, снижение лобового гидросопротивления при движении судна, уровня шумности и вибрации, для СЭУ с ядерным источником тепловой энергии снижение уровня радиационной опасности, а так же снижение ее себестоимости и эксплуатационных расходов.
Поставленные задачи решены тем, что СЭК содержит соосно установленные вдоль корпуса судна ниже ватерлинии заборник воды, выполненный в передней части судна и сообщающийся каналом с парогенератором, в котором в качестве источника ядерной энергии установлены тепловыделяющая сборка (ТВС) и управляющие реакцией стержни, при этом парогенератор выполнен цилиндрическим без сопла.
В прямоточном паровом двигателе с использованием в качестве рабочего тела забортной воды и упрощенным ядерным источником тепловой энергии реализуется новый, максимально эффективный способ генерации пропульсивной толкающей силы для движения судна.
Пропульсивная толкающая сила создается разностью сил, создаваемых избыточным давлением пара в противоположных направлениях на площади сечения канала подачи воды в парогенератор, имеющего меньший диаметр, чем диаметр парогенератора и на торцевой площади парогенератора имеющего больший диаметр, при этом обеспечивается более эффективное непрерывное объемное расширение пара - эффект «стоячего» избыточного давления пара конденсируемого при контакте с забортной водой в полости парогенератора и непрерывно создающего пропульсивную, толкающую судно силу.
Эффективность использования воды в качестве эффективного рабочего тела доказана в прямоточном, авиационном ГТД, в качестве рабочего тела используется среда, в которой перемещается воздушное судно - атмосферный воздух и для увеличения тяги при взлете - форсажа, в компрессор впрыскивалась вода («Справочник авиатехника», изд. Минобороны СССР, Москва, 1964 г., стр. 368).
По аналогии с ГТД в прямоточной осевой, паровой энергетической установке для судов так же в качестве рабочего тела используется среда перемещения - забортная вода, при этом она меняет свое физическое состояние, переходя в парогенераторе из жидкого состояния в газообразное (пар) и после конденсации забортной водой находящейся в парогенераторе возвращается в жидкое состояние.
Для заднего хода (реверса) или торможения судна, а так же для изменения направления движения за парогенератором могут быть установлены шарнирно с приводом задвижки, изменяющие направление осевого потока воды в требуемом направлении или установленная шарнирно насадка.
Прямоточный паровой двигатель с ядерным источником тепла для судов характеризуется простейшей конструкцией, повышенным эффективным КПД, максимально высокими габаритновесовыми характеристиками, обеспечивает при движении судна снижение лобового гидросопротивления, уровня шумности и вибрации и при ограниченной мощности ядерного источника тепла обеспечивает высокий уровень радиационной безопасности и низкой стоимостью изготовления и эксплуатационных расходов.
Прямоточный паровой двигатель с ядерным источником тепла улучшит ходовые качества судна - увеличится скорость судна и маневренность, увеличится общий дедвейт и доля полезного груза в нем за счет снижения доли массы топлива, масла и технической воды, для боевых судов обеспечивается акустическая скрытность.