專(zhuān)利名稱(chēng)：不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交通運(yùn)輸技術(shù)，尤其涉及到一種不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置。
背景技術(shù)：
潛艇是一種即能在水面，又能在水下一定深度航行，并進(jìn)行戰(zhàn)斗的艦艇。 潛艇是現(xiàn)代海戰(zhàn)中十分重要的高技術(shù)主戰(zhàn)兵器，是人類(lèi)在走向海洋深處的艱苦探索中所 取得的杰出成果之一。
第一次世界大戰(zhàn)中，德國(guó)潛艇在海戰(zhàn)中大顯神威，令各國(guó)海軍刮目相看。此后，世界各 主要海軍大國(guó)加快研制潛艇的步伐。
第二次世界大戰(zhàn)中，各交戰(zhàn)國(guó)都將潛艇作為一支重要海上力量投入使用，使得地球上各 大洋深處充滿殺機(jī)，潛艇也就名副其實(shí)地被稱(chēng)為"水下幽靈"。
眾所周知，當(dāng)今世界上，大約有40多個(gè)國(guó)家和地區(qū)擁有800艘左右的潛艇，其中常規(guī)動(dòng) 力潛艇有700余艘。與核動(dòng)力潛艇相比，常規(guī)動(dòng)力潛艇機(jī)動(dòng)靈活、噪音小、造價(jià)低。但是， 它有一個(gè)致命的弱點(diǎn)不能在水下作長(zhǎng)時(shí)間的航行，必須經(jīng)常浮至海面"呼吸"，即在通氣管 狀態(tài)下使用柴油機(jī)為蓄電池充電。這樣很容易被對(duì)方雷達(dá)偵察到，同時(shí)，柴油機(jī)為蓄電池充 電時(shí)的噪聲，也極易被對(duì)方水聲器材探測(cè)到，因而大大增加了常規(guī)動(dòng)力潛艇的暴露率，使其 生存能力受到嚴(yán)重的威脅。
為減少常規(guī)動(dòng)力潛艇的暴露率，增加隱蔽性，早在二戰(zhàn)期間，德國(guó)和前蘇聯(lián)就開(kāi)始研究 不依賴(lài)空氣推進(jìn)裝置(Air Independent Propulsion),簡(jiǎn)稱(chēng)AIP裝置，裝備不依賴(lài)空氣推進(jìn)裝 置的潛艇，稱(chēng)為AIP潛艇。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，不同結(jié)構(gòu)和工作原理的多種AIP潛艇陸續(xù)研 發(fā)成功，世界主要海軍大國(guó)幾乎都己裝備了 AIP潛艇，使現(xiàn)代常規(guī)動(dòng)力潛艇的攻防作戰(zhàn)能力 得到大幅提升。
在亞洲，在2007年中，韓國(guó)海軍的214級(jí)潛艇"孫元一"號(hào)下水，韓國(guó)成為亞洲第一個(gè) 裝備AIP常規(guī)潛艇的國(guó)家。韓國(guó)214級(jí)潛艇的AIP系統(tǒng)，是利用德國(guó)的燃料電池獲得電能， 供潛艇使用。在2007年末，日本海上自衛(wèi)隊(duì)"蒼龍"號(hào)潛艇下水，其AIP系統(tǒng)采用了瑞典的 "斯特林"發(fā)動(dòng)機(jī)。
為了建設(shè)一支強(qiáng)大的中國(guó)海軍，我國(guó)對(duì)常規(guī)動(dòng)力潛艇的AIP裝置的研究，已進(jìn)行多年， 并取得了一些重要成果。但是， 一些關(guān)鍵技術(shù)還有待突破，建成我國(guó)自己的高性能的AIP潛 艇，尚需時(shí)日。
6目前，國(guó)內(nèi)外常規(guī)動(dòng)力潛艇的AIP裝置，主要有以下四種
一、 閉式循環(huán)柴油機(jī)裝置
閉式循環(huán)柴油機(jī)裝置的主要技術(shù)特點(diǎn)潛艇使用普通柴油機(jī)，潛艇不僅自帶柴油，而且 自帶氧氣，燃燒后的廢氣從柴油機(jī)排出后，進(jìn)入廢氣吸收處理裝置。 該裝置的優(yōu)點(diǎn)柴油機(jī)技術(shù)成熟、壽命長(zhǎng)，燃料通用，耗油率低。
該裝置的缺點(diǎn)廢氣二氧化碳吸收和排除的難度很大，需要設(shè)備多；柴油機(jī)運(yùn)動(dòng)部件多， 機(jī)械噪音大。
二、 "斯特林"發(fā)動(dòng)機(jī)裝置
"斯特林"發(fā)動(dòng)機(jī)裝置的主要技術(shù)特點(diǎn)它使用閉式循環(huán)的熱氣機(jī)工作，由外部熱源加 熱，潛艇自帶柴油與氧氣。
該裝置的優(yōu)點(diǎn)燃燒過(guò)程平穩(wěn)，發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音和振動(dòng)較小；燃燒壓力高，廢氣排放比較 容易。
該裝置的缺點(diǎn)"斯特林"發(fā)動(dòng)機(jī)的功率較低，發(fā)動(dòng)機(jī)部件的加工難度大。
三、 閉式循環(huán)汽輪機(jī)裝置
閉式循環(huán)汽輪機(jī)裝置的主要技術(shù)特點(diǎn)潛艇自帶的燃料與氧氣在高壓下燃燒，通過(guò)熱交 換器，使水加熱變成高溫高壓蒸汽，蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)做功。潛艇自帶的燃料通常是乙醇。
該裝置的優(yōu)點(diǎn)功率大；可靠性好；燃燒壓力高，廢氣排放比較容易，也可將廢氣冷凝 存在艇內(nèi)。
該裝置的缺點(diǎn)閉式循環(huán)汽輪機(jī)裝置體積龐大，輔助設(shè)備多，燃料乙醇所占容積大。
四、 燃料電池裝置
燃料電池裝置的主要技術(shù)特點(diǎn)燃料電池裝置是用電化學(xué)方法，將反應(yīng)物質(zhì)氫和氧的化 學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，燃料電池本身沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件。
該裝置的優(yōu)點(diǎn)能量轉(zhuǎn)換效率高；對(duì)外熱輻射較少；工作過(guò)程安靜，噪音低；不產(chǎn)生廢
氣；過(guò)載能力強(qiáng)。
該裝置的缺點(diǎn)燃料電池用純氫作燃料，純氫貯存難度大，純氫泄漏危險(xiǎn)大；燃料電池 工作壽命短，價(jià)格高。
上述有關(guān)潛艇推進(jìn)裝置的背景技術(shù)，在以下專(zhuān)著中有詳細(xì)描述
1、 張海波，楊金成，現(xiàn)代潛艇技術(shù)，哈爾濱哈爾濱工程大學(xué)出版社，2002
2、 謝祚水，羅廣恩，現(xiàn)代潛艇，哈爾濱哈爾濱工程大學(xué)出版社，2007
3、 邵開(kāi)文，馬運(yùn)義，艦船技術(shù)與設(shè)計(jì)概論，北京國(guó)防工業(yè)出版社，2005說(shuō)明書(shū)第3/19頁(yè)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是給出一種適用于常規(guī)動(dòng)力潛艇的不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置，該裝置結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、壽命長(zhǎng)、造價(jià)低、功率大、噪音小。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置，它包括主機(jī)系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、傳 動(dòng)系統(tǒng)、螺旋槳、廢氣冷凝器等五部分。它的主機(jī)系統(tǒng)包括蒸汽發(fā)生器、蒸汽噴水裝置和水 輪機(jī)。蒸汽發(fā)生器由液氧貯箱、乙醇貯箱、給水箱、蒸汽鍋爐和一些管路組成。蒸汽噴水裝 置由蒸汽噴水器、蒸汽噴水控制器、背壓器、循環(huán)水箱和一些管路組成。電力系統(tǒng)包括發(fā)電 機(jī)、整流器、配電盤(pán)和推進(jìn)電機(jī)。廢氣冷凝器包括冷凝器和冷凝貯箱。水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的組 合，又稱(chēng)作水輪發(fā)電機(jī)裝置。
在本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置中，基本的工作過(guò)程是給水箱向蒸汽鍋爐供水， 在蒸汽鍋爐的高壓爐膛中，乙醇在高壓氧氣中燃燒；燃燒對(duì)鍋爐水管加熱，產(chǎn)生高壓高溫蒸 汽；蒸汽進(jìn)入蒸汽噴水裝置膨脹做功，使循環(huán)水箱的水進(jìn)入蒸汽噴水器，并使水加壓，從蒸 汽噴水器出口輸出高壓水；高壓水經(jīng)過(guò)背壓器進(jìn)入水輪機(jī)，推動(dòng)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)；水輪機(jī) 帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)輸出通過(guò)整流器，整流器給出直流電驅(qū)動(dòng)推進(jìn)電機(jī)，推進(jìn)電機(jī)通過(guò)傳動(dòng) 系統(tǒng)帶動(dòng)潛艇螺旋槳；從鍋爐排出的煙氣，可以直接排出艇外，也可以進(jìn)入廢氣冷凝器，水 蒸氣和二氧化碳凝結(jié)，存入冷凝貯箱，未被凝結(jié)的氣體重新送回鍋爐爐膛再次參與燃燒。
蒸汽噴水器是本發(fā)明的一個(gè)核心設(shè)備，在蒸汽噴水器中實(shí)現(xiàn)蒸汽與水的能量轉(zhuǎn)換，蒸汽 的熱能轉(zhuǎn)換成水的壓能和動(dòng)能。蒸汽噴水器可以看作是一個(gè)特殊的三通管， 一個(gè)進(jìn)汽口， 一 個(gè)進(jìn)水口， 一個(gè)出水口，每個(gè)進(jìn)出口上都有電磁閥，蒸汽噴水控制器控制電磁閥的開(kāi)閉。蒸 汽進(jìn)入蒸汽噴水器膨脹做功，使進(jìn)入蒸汽噴水器的水增壓后，再經(jīng)過(guò)背壓器，輸出給水輪機(jī)。
在蒸汽噴水控制器內(nèi)部，有控制蒸汽噴水器的熱水閥、蒸汽閥、進(jìn)水閥和出水閥等四個(gè) 電磁閥開(kāi)閉的控制電路，四個(gè)電磁閥開(kāi)閉的順序是固定的，每個(gè)電磁閥開(kāi)閉時(shí)間的長(zhǎng)短，可 根據(jù)實(shí)際情況，通過(guò)改變電路中元件參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
當(dāng)使循環(huán)水箱的水進(jìn)入蒸汽噴水器后，向蒸汽噴水器內(nèi)的水體上表面供給少量熱水，在 水體上表面形成熱水薄層。當(dāng)蒸汽進(jìn)入蒸汽噴水裝置膨脹做功，由于水體上表面與蒸汽間熱 水層的隔離作用，僅有少量蒸汽溶入水中，大部分高溫高壓蒸汽對(duì)蒸汽噴水器中的水體做功， 使水體產(chǎn)生高壓，并推動(dòng)高壓水體從蒸汽噴水器出口流出，經(jīng)過(guò)背壓器，到達(dá)水輪機(jī)。
蒸汽噴水裝置供給的高壓水，依次進(jìn)入水輪機(jī)的蝸殼、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，流經(jīng)轉(zhuǎn)輪，完成能量 傳遞，推動(dòng)水輪機(jī)做功。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
1、本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置的設(shè)備大部分都是耐用的通用設(shè)備，例如蒸汽鍋爐、水泵、水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、整流器、推進(jìn)電機(jī)。所以，本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置 工作可靠、使用壽命長(zhǎng)。
2、 本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置的設(shè)備中，專(zhuān)用設(shè)備是液氧貯箱、乙醇C箱、給水 箱、蒸汽噴水裝置、廢氣冷凝器，它們都是由管子、閥門(mén)和壓力容器所構(gòu)成，大部分是常用 材料。所以，本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)比較低。
3、 本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置，利用蒸汽膨脹過(guò)程，蒸汽直接推動(dòng)水體，帶動(dòng)水 輪機(jī)做功，與國(guó)外的閉式循環(huán)汽輪機(jī)裝置相比，同樣具有功率大的特點(diǎn)，但本發(fā)明不依賴(lài)空 氣的潛艇推進(jìn)裝置的重量輕、體積小。
4、 本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置的主要設(shè)備中，蒸汽鍋爐的燃料燃燒及進(jìn)燃料、進(jìn) 水、輸出蒸汽和排放煙氣都是定壓而連續(xù)的，水泵、熱水泵、水輪機(jī)及發(fā)電機(jī)都是勻速旋轉(zhuǎn) 的，沒(méi)有往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械裝置。所以，本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置的工作噪音較小。


圖1是本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的總體組成圖； 圖2是本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的蒸汽發(fā)生器的組成圖； 圖3是本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的液氧貯箱的結(jié)構(gòu)圖； 圖4是本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的乙醇貯箱的結(jié)構(gòu)圖； 圖5是本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的蒸汽鍋爐的結(jié)構(gòu)圖； 圖6是本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的蒸汽噴水裝置組成圖； 圖7是本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的蒸汽噴水器的結(jié)構(gòu)圖； 圖8是本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的蒸汽噴水器工作原理圖； 圖9是本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的蒸汽噴水控制器電路圖； 圖10是本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的背壓器的結(jié)構(gòu)圖； 圖11是本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的水輪發(fā)電機(jī)裝置結(jié)構(gòu)圖 圖12是本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)圖； 圖13是本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖； 圖14是本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的推進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖； 圖15是本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖； 圖16是本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的廢氣冷凝器的結(jié)構(gòu)圖； 圖17是本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例在潛艇中的布置方案。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
圖1給出了本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的總體組成圖。
本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例總體組成由主機(jī)系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、 螺旋槳、廢氣冷凝器等五部分。
主機(jī)系統(tǒng)包括蒸汽發(fā)生器、蒸汽噴水裝置和水輪機(jī)230。 電力系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)210、整流器220和推進(jìn)電機(jī)270。
蒸汽發(fā)生器由液氧貯箱l、乙醇貯箱2、給水箱3、蒸汽鍋爐4和幾個(gè)泵組成。 蒸汽噴水裝置由第一個(gè)蒸汽噴水器IOO、第二個(gè)蒸汽噴水器IOI、蒸汽噴水控制器102、 背壓器250和循環(huán)水箱103組成。
水輪發(fā)電機(jī)由水輪機(jī)230和發(fā)電機(jī)210組成。 廢氣冷凝器由冷凝器301和冷凝貯箱302組成。 基本的工作過(guò)程是-
給水箱3通過(guò)給水泵11，向蒸汽鍋爐4供水；在蒸汽鍋爐4的高壓爐膛中，乙醇在氧氣 中燃燒；乙醇通過(guò)乙醇泵9，來(lái)自乙醇貯箱2，氧氣通過(guò)液氧泵8，來(lái)自液氧貯箱l;燃燒對(duì) 鍋爐水管加熱，產(chǎn)生高壓高溫蒸汽；
高壓高溫蒸汽輪流進(jìn)入第一個(gè)蒸汽噴水器100和第二個(gè)蒸汽噴水器101，并膨脹做功， 使循環(huán)水箱103的水進(jìn)入蒸汽噴水器，并使水加壓，第一個(gè)蒸汽噴水器100和第二個(gè)蒸汽噴 水器101輪流通過(guò)出口輸出高壓水，經(jīng)過(guò)背壓器250后，進(jìn)入水輪機(jī)；
高壓水進(jìn)入水輪機(jī)，通過(guò)蝸殼和導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，推動(dòng)水輪機(jī)230的轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，水輪機(jī)230帶 動(dòng)發(fā)電機(jī)210，發(fā)電機(jī)210輸出交流電，通過(guò)整流器220變成直流電，用以驅(qū)動(dòng)推進(jìn)電機(jī)270。 推進(jìn)電機(jī)270通過(guò)螺旋槳軸274等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)潛艇螺旋槳280。螺旋槳280在水中旋轉(zhuǎn)， 產(chǎn)生推力，推動(dòng)船舶前進(jìn)；
通過(guò)水輪機(jī)做過(guò)功的水，進(jìn)入尾水管235，再流入尾水槽240。在尾水槽240內(nèi)有一個(gè)盤(pán) 管式散熱器239，帶走由于蒸汽凝結(jié)給予動(dòng)力循環(huán)水的熱量，使動(dòng)力循環(huán)水維持常溫，然后， 動(dòng)力循環(huán)水通過(guò)連通管241進(jìn)入循環(huán)水箱103。
鍋爐煙氣可以直接向艇外排出；鍋爐煙氣也可以進(jìn)入廢氣冷凝器，水蒸氣和二氧化碳在 冷凝器301中凝結(jié)，存入冷凝貯箱302，未被凝結(jié)的氣體重新送回鍋爐爐膛再次參與燃燒。
圖2給出了本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的蒸汽發(fā)生器組成圖。
蒸汽發(fā)生器由液氧貯箱l、乙醇貯箱2、給水箱3、蒸汽鍋爐4、高壓氣瓶5和幾個(gè)泵組成。
在高壓氣瓶5內(nèi)，裝有壓力為20MPa、處于常溫的氮?dú)狻Ｔ趩?dòng)蒸汽發(fā)生器之前，先要給液氧貯箱l增壓，具體作法是打開(kāi)啟動(dòng)閥6，高壓氣瓶5輸出的高壓氮?dú)馔ㄟ^(guò)啟動(dòng)閥6， 再通過(guò)減壓器7后，氮?dú)鈮毫ψ優(yōu)?.5MPa，從液氧貯箱l的上部進(jìn)口進(jìn)入，使原來(lái)為常壓的 液氧貯箱l產(chǎn)生并保持0.5MPa的表壓力。給液氧貯箱增壓的目的，是為了防止液氧泵8工 作時(shí)，發(fā)生泵的氣蝕。
乙醇貯箱2內(nèi)的乙醇處于常溫常壓，乙醇在常壓下的沸點(diǎn)為78.4°C，乙醇泵9工作時(shí)不會(huì) 發(fā)生泵的氣蝕。
液氧從液氧貯箱l的下部出口流出，通過(guò)液氧泵8，到達(dá)加熱器12。加熱器12位于蒸汽 鍋爐4的煙道內(nèi)，液氧受熱蒸發(fā)汽化，隨后，氣態(tài)的氧氣進(jìn)入燃燒器10。乙醇從乙醇貯箱2 的下部出口流出，經(jīng)過(guò)乙醇泵9，也進(jìn)入燃燒器IO。乙醇和氧氣在燃燒器10中混合后，向蒸 汽鍋爐4的高壓爐膛內(nèi)噴射并燃燒，生成火焰加熱蒸汽鍋爐4的受熱面后，煙氣進(jìn)入煙道17。 進(jìn)入煙道17的煙氣，可以通過(guò)排放管13直接向艇外排放，或進(jìn)行冷凝處理。若煙氣進(jìn)行冷 凝處理，處理后剩余少量不凝氣體是氧氣、 一氧化碳、碳?xì)浠衔锏?，這些氣體經(jīng)過(guò)煙氣泵 15，注入到蒸汽鍋爐4的高壓爐膛內(nèi)重新參加燃燒。蒸汽鍋爐4的前后水冷壁等受熱面中的 水，被加熱產(chǎn)生蒸汽，匯入到汽包14，汽包14上有蒸汽輸出管。供水箱3輸出管通過(guò)供水 泵ll，接到蒸汽鍋爐4的省煤器16，向蒸汽鍋爐4供給補(bǔ)給水。
圖3給出了本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的液氧貯箱的結(jié)構(gòu)圖。
本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例中的燃料是乙醇，氧化劑是氧氣。為了能在液 氧貯箱中的有限的空間，儲(chǔ)存盡可能多的氧氣，又不希望儲(chǔ)氧容器承受過(guò)高的壓力，需要低 溫儲(chǔ)存液態(tài)氧。在常壓下，氧氣的沸點(diǎn)是-183t;,因此，對(duì)儲(chǔ)氧容器的要求是能耐受低溫、 絕熱保持低溫、抗氧化，同時(shí)，也要有足夠的強(qiáng)度。
本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的液氧貯箱的外形是一個(gè)橫放的圓筒形壓力容 器，殼體及兩端封頭的材質(zhì)選用不銹鋼板，而且，均為雙層不銹鋼板，雙層不銹鋼板中間填 充絕熱材料。
經(jīng)過(guò)計(jì)算，如果乙醇與氧氣按化學(xué)反應(yīng)計(jì)量進(jìn)行完全燃燒，所消耗的氧氣與乙醇的質(zhì)量 比為2.09,消耗的液氧與乙醇的容積比為1.47。關(guān)于如何決定液氧貯箱與乙醇貯箱的容積大 小，要考慮工程上的需要，并參照、借鑒有關(guān)資料的實(shí)際數(shù)據(jù)。閉式循環(huán)蒸汽輪機(jī)裝置與本 發(fā)明同屬蒸汽動(dòng)力循環(huán)，當(dāng)兩者的蒸汽參數(shù)相同時(shí)，兩者的熱效率應(yīng)該很接近。因此，閉式 循環(huán)蒸汽輪機(jī)裝置與本發(fā)明具有可比性，在用的國(guó)外閉式循環(huán)蒸汽輪機(jī)裝置的實(shí)際數(shù)據(jù)可以 借鑒。
巳知國(guó)外200kW閉式循環(huán)蒸汽輪機(jī)裝置，每小時(shí)消耗乙醇燃料144kg，若3周即21天 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，所消耗乙醇為
11144*24*21=72576 (kg) 乙醇的密度為789kg/m3 ，則其容積為
72576/789=92 (m3 ) 所需液氧容積為
92*1.47=135 (m3 )
功率為200kW的發(fā)動(dòng)機(jī)，連續(xù)工作21天消耗液氧的容積為135m3 。借鑒這些數(shù)據(jù)，圓 筒形液氧貯箱的內(nèi)徑確定為1.6m，長(zhǎng)度為34m，每個(gè)液氧貯箱的容積為68 m3 ，選用兩個(gè)液 氧貯箱，總?cè)莘e為136m3，液氧貯箱殼體內(nèi)部受壓，抗壓強(qiáng)度為0.5MPa。
液氧貯箱1的具體結(jié)構(gòu)如本圖3所示橫放的圓筒形液氧貯箱1的上部有加注口 31、加 壓口 32、排氣口 33，底部有液氧的輸出口 34、泄液口 37。液氧貯箱1的殼體外圓上，等距 離地固定有加強(qiáng)環(huán)板36。液氧貯箱1有支架35，依靠多個(gè)這樣的支架，兩個(gè)相同的液氧貯箱 并排橫放在基礎(chǔ)平面上。
加注口 31用于加注液氧；加壓口 32與高壓氣瓶的輸出管相連，接受高壓氮?dú)鈱?duì)液氧貯 箱增壓，使液氧貯箱內(nèi)由原來(lái)的O表壓力，產(chǎn)生并維持0.5MPa表壓力；排氣口33及時(shí)排除 因受熱蒸發(fā)產(chǎn)生的氧氣，防止液氧貯箱超壓。液氧貯箱l的下部，有液氧的輸出口34、泄液 口37，泄液口 37用于排放無(wú)用的廢液。
圖4給出了本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的乙醇貯箱的結(jié)構(gòu)圖。
本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例中的燃料用的是乙醇，在常壓下，乙醇的沸點(diǎn) 是78.4。C，因此，在常溫下，乙醇是液態(tài)。
對(duì)乙醇忙箱的要求是能耐受乙醇作用，絕熱保持常溫，同時(shí)，也要有足夠的強(qiáng)度。乙 醇貯箱在潛艇上的安裝位置，是在潛艇的耐壓殼體的外側(cè)，當(dāng)潛艇的外殼體進(jìn)水，乙醇貯箱 要承受海水的壓力。所以，乙醇貯箱的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)，要考慮潛艇的最大下潛深度，乙醇貯 箱外部受壓，其抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)可以與潛艇的耐壓殼體抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)相同，定為6MPa。
本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的乙醇貯箱的外形是一個(gè)橫放的圓筒形壓力容 器，殼體及兩端封頭的材質(zhì)均選用不銹鋼板，而且，均為雙層不銹鋼板，雙層不銹鋼板中間 填充絕熱材料。
如上所述，參照有關(guān)資料，與本發(fā)明具有可比性的國(guó)外200kW閉式循環(huán)蒸汽輪機(jī)裝置， 每小時(shí)消耗乙醇燃料144kg，若3周即21天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，所消耗乙醇為72576kg，其容積為92m 3。所以，本發(fā)明潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的乙醇貯箱的內(nèi)徑確定為1.6m，長(zhǎng)度為23m，每個(gè)乙 醇C箱的容積為46m3，選用兩個(gè)乙醇貯箱，總?cè)莘e為92m3。
乙醇貯箱2的具體結(jié)構(gòu)如本圖4所示橫放的圓筒形乙醇貯箱2的上部有加注口 51、排氣口53，底部有乙醇的輸出口54、泄液口57。乙醇貯箱2的殼體外圓上，等距離地固定有 加強(qiáng)環(huán)板56。乙醇貯箱2有支架55，依靠多個(gè)這樣的支架，兩個(gè)相同的乙醇貯箱并排橫放在 基礎(chǔ)平面上。
加注口 51用于加注乙醇；排氣口 53是在加注口 51加注乙醇時(shí)，用于排除乙醇貯箱內(nèi)殘 存氣體。乙醇貯箱2的下部，有乙醇的輸出口54、泄液口57，泄液口 57用于排放無(wú)用的廢 液。
圖5給出了本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的蒸汽鍋爐的結(jié)構(gòu)圖。 本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的蒸汽鍋爐，向蒸汽噴水裝置供應(yīng)蒸汽。所述
蒸汽鍋爐包括省煤器、汽包、燃燒器、爐膛、受熱管、過(guò)熱器和蒸汽管，受熱管包括對(duì)流
管和水冷壁。
蒸汽鍋爐4的給水泵11，連接在供水箱3和蒸汽鍋爐的省煤器16之間，負(fù)責(zé)向蒸汽鍋 爐提供給水。蒸汽鍋爐4的受熱管73的水，被加熱產(chǎn)生蒸汽，匯入到汽包14，汽包14輸出 的飽和蒸汽進(jìn)入過(guò)熱器91，從過(guò)熱器91出口得到的過(guò)熱蒸汽經(jīng)過(guò)蒸汽管92輸出。所說(shuō)的受 熱管73包括了對(duì)流管和前后水冷壁。
燃燒器10向鍋爐高壓爐膛93內(nèi)噴進(jìn)火焰，燃料乙醇在氧氣中燃燒。燃燒器10是由外套 管85和內(nèi)管86組成。由液氧貯箱來(lái)的液氧，經(jīng)過(guò)位于煙道17內(nèi)的加熱器變成氣態(tài)氧氣，再 經(jīng)過(guò)氧氣管88進(jìn)入內(nèi)管86。由乙醇貯箱來(lái)的乙醇，經(jīng)過(guò)乙醇管89進(jìn)入燃燒器10的外套管 85。在燃燒器10的出口87內(nèi)，燃燒器10內(nèi)管86噴出高速氧氣流，將外套管85中的乙醇流 吹散并霧化，從燃燒器10的出口 87高速?lài)娺M(jìn)鍋爐高壓爐膛93并燃燒。
乙醇在氧氣中燃燒時(shí)，鍋爐高壓爐膛93內(nèi)有6MPa的壓力，這個(gè)壓力最終傳遞到蒸汽鍋 爐的外殼80和蒸汽鍋爐的上下封頭83、 78，因此，蒸汽鍋爐的外殼和上下封頭的抗壓強(qiáng)度 為6MPa。
蒸汽鍋爐的排煙有兩個(gè)去向可供選擇， 一個(gè)去向是通過(guò)煙道17到達(dá)廢氣冷凝器，經(jīng)過(guò)廢 氣冷凝器未凝結(jié)的氣體，通過(guò)煙氣泵15加壓，再通過(guò)復(fù)燃器79進(jìn)入鍋爐高壓爐膛93再次參 加燃燒；另一個(gè)去向是通過(guò)煙道17，再通過(guò)直排管13后，經(jīng)過(guò)一個(gè)氣泡分裂裝置處理后， 排到海水中。由于鍋爐爐膛93內(nèi)有6MPa的壓力，同樣壓力的煙氣，可以直接排到潛艇外面 的海水中。
蒸汽鍋爐的供水箱3上，有水位計(jì)90，供水箱3的進(jìn)水管上，有進(jìn)水泵75。 '下面具體說(shuō)明蒸汽鍋爐的額定容量如何確定。
蒸汽鍋爐4生產(chǎn)過(guò)熱蒸汽，壓力為20MPa，溫度為50(TC，鍋爐出口的新蒸汽的焓值為 3239kJ/kg，新蒸汽在蒸汽噴水裝置內(nèi)絕熱膨脹到背壓器壓力，背壓器內(nèi)的壓力為0.02MPa。每千克蒸汽可逆絕熱焓降為1224kJ，按絕熱膨脹效率為90%計(jì)算，每千克蒸汽可實(shí)際做功 1102kJ。
前已說(shuō)明，本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置的基本能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)是蒸汽膨脹推動(dòng)水， 水再推動(dòng)水輪機(jī)。因此，實(shí)質(zhì)上，水輪機(jī)是依靠蒸汽做功。
用本發(fā)明建立一個(gè)潛艇電站，用于驅(qū)動(dòng)潛艇螺旋槳，其輸出電功率為200kW，水輪機(jī)效 率85%，發(fā)電機(jī)效率90%，則水輪機(jī)輸入功率N應(yīng)為
N=200/ (0.85*0.90) =261 (kW) 每秒鐘需要做功的蒸汽量m為
m=261/l 102=0.237 (kg) 該潛艇電站的水輪發(fā)電機(jī)每小時(shí)需要的蒸汽量M為 M=0.237*3600=853 (kg) 蒸汽鍋爐4的額定容量設(shè)定為每小時(shí)生產(chǎn)1噸過(guò)熱蒸汽，過(guò)熱蒸汽壓力為20MPa，溫度 為500°C。
圖6給出了本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的蒸汽噴水裝置的組成圖。
蒸汽噴水裝置由五部分組成第一個(gè)蒸汽噴水器IOO、第二個(gè)蒸汽噴水器IOI、蒸汽噴水
控制器102、背壓器250、循環(huán)水箱103。
蒸汽噴水裝置包括第一個(gè)蒸汽噴水器IOO和第二個(gè)蒸汽噴水器101等兩個(gè)蒸汽噴水器， 兩個(gè)蒸汽噴水器豎立于循環(huán)水箱103上，其下端的進(jìn)水口，位于循環(huán)水箱103的水面下，在 蒸汽噴水控制器102的控制下，鍋爐蒸汽和循環(huán)水箱103的水輪流從上下進(jìn)入兩個(gè)蒸汽噴水 器，水被蒸汽加壓后從蒸汽噴水器出口流出，經(jīng)過(guò)背壓器250，輸送到水輪機(jī)。
第一個(gè)蒸汽噴水器100的外形是由一個(gè)豎管和一個(gè)水平管構(gòu)成的一個(gè)三通管，水平管與 豎管垂直相接。水平管上有出水116閥和出水口 117。豎管上有進(jìn)水閥111和進(jìn)水口 113。豎 管上頭的端板外接兩個(gè)管， 一個(gè)是熱水管109，其上有熱水閥，另一個(gè)蒸汽管IIO，其上有蒸 汽閥。
第二個(gè)蒸汽噴水器101與第一個(gè)蒸汽噴水器100的結(jié)構(gòu)完全相同，是兩個(gè)具有同樣功能 的能量轉(zhuǎn)換器件。第一個(gè)蒸汽噴水器100與第二個(gè)蒸汽噴水器101在出水口 117之前相連通， 即，兩個(gè)蒸汽噴水器有一個(gè)共同的出水口 117。
蒸汽噴水控制器102用來(lái)控制第一個(gè)蒸汽噴水器100與第二個(gè)蒸汽噴水器101。蒸汽噴 水控制器102的輸出信號(hào)，分別控制第一個(gè)蒸汽噴水器100與第二個(gè)蒸汽噴水器101的蒸汽 閥、熱水闊、進(jìn)水閥和出水閥的開(kāi)閉時(shí)序。
背壓器250有一個(gè)入水口和一個(gè)出水口，它的入水口連接兩個(gè)蒸汽噴水器的共同的出水
14口 117，背壓器250的出水口連接水輪機(jī)的入水口。背壓器250的具體結(jié)構(gòu)和功能，后面有 詳細(xì)說(shuō)明。
循環(huán)水箱103是一個(gè)裝水的箱體，箱體內(nèi)部裝有動(dòng)力循環(huán)用水，箱體上部有一開(kāi)口與環(huán) 境大氣相通。第一個(gè)蒸汽噴水器100與第二個(gè)蒸汽噴水器101被固定在循環(huán)水箱103中，兩 個(gè)蒸汽噴水器彼此平行，與水面垂直。進(jìn)水口 113深入循環(huán)水箱103水面以下，進(jìn)水閥111 及水平管位于箱體上表面上方。
在水輪機(jī)的尾水槽和循環(huán)水箱103之間，有水管連通，在壓差作用下，動(dòng)力循環(huán)用水連 續(xù)地從尾水槽流向循環(huán)水箱103。
圖7給出了本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的蒸汽噴水器結(jié)構(gòu)圖。
本圖中的7-l圖的說(shuō)明如下
本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的第一個(gè)蒸汽噴水器100的本體由一個(gè)豎管和 一個(gè)水平管構(gòu)成，水平管的一頭與豎管垂直相接，水平管的另一頭是出水口 117，水平管上 有出水116閥。豎管上，靠近下端有進(jìn)水閥lll，豎管的下端口是進(jìn)水口 113，進(jìn)水口113深 入到循環(huán)水箱的水面以下。豎管上端板外接出兩個(gè)管，一個(gè)是熱水管109，另一個(gè)蒸汽管110。 熱水管109上設(shè)有熱水閥43，蒸汽管110與蒸汽鍋爐連通，該管上設(shè)有蒸汽閥41。
豎管上的進(jìn)水閥111，其上緣緊貼水平管與豎管的垂直接口，進(jìn)水閥111將豎管上下分 成兩部分豎管的端板115到進(jìn)水閥111，稱(chēng)作豎管上段；從進(jìn)水閥111到進(jìn)水口113，稱(chēng)作 豎管下段。
第二個(gè)蒸汽噴水器101與第一個(gè)蒸汽噴水器100的結(jié)構(gòu)完全相同，蒸汽噴水器是成對(duì)設(shè) 置的，對(duì)應(yīng)一個(gè)水輪發(fā)電機(jī)，有兩個(gè)或兩組相同的蒸汽噴水器輪流供水發(fā)電。第一個(gè)蒸汽噴 水器100與第二個(gè)蒸汽噴水器101被固定在循環(huán)水箱中，兩個(gè)蒸汽噴水器彼此平行，并與水 面垂直。兩個(gè)或兩組蒸汽噴水器在出水口 117之前相連通，它們共用一個(gè)出水口 117。
從豎管的端板115到進(jìn)水閥111，即豎管上段，是蒸汽噴水器的進(jìn)水管道兼貯水空間。 在此管道中，設(shè)有擊水器47。熱水閥、蒸汽閥、進(jìn)水閥、出水閥都是電磁閥，都有全開(kāi)和全 閉兩個(gè)狀態(tài)，都受蒸汽噴水控制器102控制。當(dāng)出水閥處于全開(kāi)狀態(tài)時(shí)，闊孔內(nèi)通流面積與 閥孔前后管道通流面積相等。
蒸汽噴水器豎管上段的內(nèi)徑及長(zhǎng)度，是蒸汽噴水器的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺寸，它與蒸汽噴水器的 貯水容積有關(guān)，需要根據(jù)蒸汽噴水器的輸出功率和蒸汽參數(shù)來(lái)計(jì)算。豎管下段長(zhǎng)度約為 1.0m 1.5m，豎管內(nèi)的進(jìn)水閥lll距離循環(huán)水箱的水面的高度約為0.5m。水平管的內(nèi)徑不能
過(guò)細(xì)，以免影響出水時(shí)間；水平管的長(zhǎng)度不要 過(guò)長(zhǎng)，由現(xiàn)場(chǎng)情況決定。蒸汽噴水器的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺寸如何決定，說(shuō)明如下
前面提到，用本發(fā)明建立一個(gè)潛艇電站，蒸汽鍋爐生產(chǎn)過(guò)熱蒸汽，壓力為20MPa，溫度 為500°C ，絕熱膨脹到0.02MPa壓力，輸出電功率為200kW,每秒鐘需要做功的蒸汽量m為 0.237kg。
每一個(gè)蒸汽噴水器的噴水過(guò)程和上水過(guò)程是交替的，設(shè)定噴水過(guò)程為3秒， 一個(gè)噴水過(guò) 程需要的蒸汽量a為
a=0.237*3=0.711(kg)
查表得知，壓力為20MPa，溫度為50(TC的過(guò)熱蒸汽的比容vl是0.0148m3/kg, —個(gè)3 秒鐘的噴水過(guò)程需要的蒸汽量a的體積b為 b=0.0148*0.711=0.0105(m3)
壓力為20MPa，溫度為50(TC的過(guò)熱蒸汽，可逆絕熱膨脹到0.02MPa壓力，此時(shí)的比容 v2為5.8m3/kg，膨脹比為
v2/vl=5.8/0.0148=392 3秒鐘的噴水過(guò)程消耗的蒸汽量，可逆絕熱膨脹到O.lMPa壓力時(shí)的體積c為
c=b*392=0.0105*392=4.11(m3) 這也是蒸汽噴水器3秒鐘噴水過(guò)程的噴出水的總體積。
從豎管的端板115到進(jìn)水口 113，全部豎管是等截面的圓管，豎管上段是貯水有效容積。 蒸汽噴水器3秒鐘噴水過(guò)程的噴水體積4.11m3,在蒸汽噴水器的豎管上段貯水有效容積內(nèi)， 需要容納3秒鐘的噴水體積，也就是貯水有效容積為4.11m3 ，確定采用蒸汽噴水器的豎管的 內(nèi)徑為l,2m，豎管上段長(zhǎng)度為3.64m，需用兩個(gè)相同的蒸汽噴水器輪流噴水。
兩個(gè)蒸汽噴水器的結(jié)構(gòu)完全相同，兩個(gè)蒸汽噴水器的各個(gè)閥門(mén)開(kāi)閉時(shí)序，由蒸汽噴水控 制器102分別控制，兩個(gè)蒸汽噴水器有一個(gè)共同的出水口 117，輪流交替噴水3秒鐘。蒸汽 噴水器利用蒸汽水擊上水，進(jìn)水閥lll的閥孔較大，其所用上水時(shí)間不到3秒鐘。
本圖中的7-2圖的說(shuō)明如下
擊水器47由固定桿112及其上垂直固定的多個(gè)擊水盤(pán)構(gòu)成。擊水盤(pán)114是帶孔圓盤(pán)，圓 盤(pán)上均勻分布直徑為30 50mm的通孔，通孔總面積占圓盤(pán)表面積的三分之一。圓盤(pán)外徑等 于蒸汽噴水器豎管內(nèi)徑的三分之一，圓盤(pán)沿固定桿112上下均勻設(shè)置，圓盤(pán)間距等于蒸汽噴 水器豎管內(nèi)徑。固定桿112在蒸汽噴水器豎管上段中心線上固定，其長(zhǎng)度從進(jìn)水閥lll， 一直 端板到115。固定桿112從全部擊水盤(pán)中心穿過(guò)，并相固定。
圖8給出了本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的蒸汽噴水器的工作原理圖。 第一個(gè)蒸汽噴水器100的工作原理可分解為四個(gè)過(guò)程來(lái)說(shuō)明，對(duì)應(yīng)地用8-l、 8-2、 8-3、8-4等四個(gè)圖來(lái)表示。
8-1圖表示的是啟動(dòng)第一過(guò)程，關(guān)閉出水闊116，打開(kāi)進(jìn)水閥lll，再打開(kāi)蒸汽閥41，蒸 汽管110向第一個(gè)蒸汽噴水器100內(nèi)注入高溫高壓蒸汽，吹掃蒸汽噴水器的豎管內(nèi)的積水和 漏入的空氣，通過(guò)進(jìn)水閥111，從蒸汽噴水器的進(jìn)水口 113排出。然后，關(guān)閉進(jìn)水閥111和 蒸汽閥41。在進(jìn)水口 113處，進(jìn)水口 113內(nèi)的高溫蒸汽迅速溶入進(jìn)水口 113下邊的常溫水， 進(jìn)水口 113下邊的水向進(jìn)水口 113內(nèi)涌入，很快就占據(jù)了從進(jìn)水口 113到進(jìn)水閥111的管內(nèi) 空間。
8-2圖表示的是啟動(dòng)第二過(guò)程，打開(kāi)出水閥116，打開(kāi)蒸汽閥41，向蒸汽噴水器內(nèi)注入高 溫高壓蒸汽，吹掃蒸汽噴水器的水平管內(nèi)的積水和漏入的空氣，從出水口 117排出。然后關(guān) 閉出水閥116，關(guān)閉蒸汽閥41。
8-3圖表示的是蒸汽噴水器做功兩沖程的進(jìn)水沖程打開(kāi)熱水閥43，同時(shí)打開(kāi)進(jìn)水閥111。 進(jìn)水閥111下面是常溫水，進(jìn)水閥111內(nèi)部是高溫蒸汽，蒸汽溶于水，蒸汽噴水器內(nèi)蒸汽壓 力下降，水迅速涌入進(jìn)水閥111。由于蒸汽與水之間的溶解與進(jìn)水過(guò)程的循環(huán)促進(jìn)，很快就 激起強(qiáng)烈的蒸汽水擊，進(jìn)水閥111以外的水迅速?zèng)_進(jìn)蒸汽噴水器。蒸汽噴水器的豎管內(nèi)設(shè)置 的擊水器，與進(jìn)水相撞擊，加強(qiáng)了蒸汽水擊過(guò)程，從進(jìn)水閥111進(jìn)來(lái)的水，幾乎瞬間就占據(jù) 了豎管內(nèi)的全部空間，然后關(guān)閉進(jìn)水閥111。在上述蒸汽噴水器的豎管內(nèi)進(jìn)水期間，通過(guò)熱 水閥43，熱水管109向蒸汽管110上蒸汽閥41到豎管端板的末端蒸汽管段內(nèi)，注入少量高 溫?zé)崴螅P(guān)閉熱水閥43。
8-4圖表示的是蒸汽噴水器做功兩沖程的做功沖程打開(kāi)出水閥116,同時(shí)打開(kāi)蒸汽閥41。 高溫高壓蒸汽通過(guò)蒸汽閥41，先將上述被注入末端蒸汽管段內(nèi)的高溫?zé)崴七M(jìn)蒸汽噴水器的 豎管內(nèi)，再向蒸汽噴水器的豎管內(nèi)注入定量高溫高壓蒸汽后，關(guān)閉蒸汽閥41。蒸汽噴水器豎 管內(nèi)的高溫?zé)崴?，在蒸汽與常溫水之間形成一個(gè)熱水層，由于熱水層的阻礙作用，高溫高壓 蒸汽基本不會(huì)溶入豎管內(nèi)的常溫水。在豎管內(nèi)，高溫高壓蒸汽的進(jìn)汽和膨脹過(guò)程做功，推動(dòng) 熱水層和豎管內(nèi)的常溫水加壓、加速流動(dòng)，通過(guò)出水閥116，沖過(guò)出水口 117。當(dāng)流動(dòng)水體全 部從出水口117流出時(shí)，關(guān)閉出水閥116。
啟動(dòng)后的第一個(gè)蒸汽噴水器100反復(fù)進(jìn)行兩沖程循環(huán)，即進(jìn)水沖程和做功沖程。
第二個(gè)蒸汽噴水器101與第一個(gè)蒸汽噴水器100的結(jié)構(gòu)及工作原理完全相同，但是，兩 者在工作的時(shí)間相位上相差180度。即當(dāng)?shù)谝粋€(gè)蒸汽噴水器100從進(jìn)水口進(jìn)水時(shí)，第二個(gè)蒸 汽噴水器101從出水口向外噴水，而當(dāng)?shù)诙€(gè)蒸汽噴水器101從進(jìn)水口進(jìn)水時(shí)，第一個(gè)蒸汽 噴水器IOO從出水口向外噴水。正是由于兩個(gè)蒸汽噴水器的連續(xù)交替噴水，確保兩者共同的 出水口 117不間斷地向外噴水。兩個(gè)蒸汽噴水器這種精確地配合噴水動(dòng)作，是由蒸汽噴水控制器來(lái)控制完成的。
本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的蒸汽噴水器的進(jìn)水閥、出水閥、蒸汽閥、熱 水閥等閥門(mén)都是依靠電磁力動(dòng)作的電磁閥，通電時(shí)開(kāi)啟，斷電時(shí)關(guān)閉。啟動(dòng)的第一過(guò)程和第 二過(guò)程是利用手動(dòng)電開(kāi)關(guān)控制闊門(mén)進(jìn)行的，而進(jìn)入循環(huán)做功時(shí)，兩個(gè)蒸汽噴水器各自兩沖程 循環(huán)的啟停時(shí)序及其配合是由蒸汽噴水控制器自動(dòng)控制相關(guān)閥門(mén)來(lái)完成的。
圖9給出了本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的蒸汽噴水控制器的電路圖。
這是利用一個(gè)四級(jí)時(shí)序定時(shí)器，按順序驅(qū)動(dòng)四個(gè)磁力電開(kāi)關(guān)，控制兩個(gè)(分別稱(chēng)作第一 個(gè)和第二個(gè))蒸汽噴水器的八個(gè)電磁閥的電路。采用四個(gè)555集成電路，產(chǎn)生四個(gè)順序脈沖， 第四個(gè)555集成電路的輸出端接到第一個(gè)555集成電路的觸發(fā)端，實(shí)現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)工作。
第一個(gè)555集成電路120，為了能可靠復(fù)位，防止干擾的影響，其復(fù)位端(管腳4)和電 源端(管腳8)都直接與V+電源相接。集成電路120的接地端(管腳1)接地，控制端125 (管腳5)通過(guò)一個(gè)電容接地，防止干擾信號(hào)影響脈沖的脈寬。其觸發(fā)端122 (管腳2)的觸 發(fā)信號(hào)，來(lái)自第四個(gè)555集成電路.150的輸出信號(hào)，經(jīng)由電阻121和電容124所組成的微分 電路產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖，脈寬約1微秒，下跳沿起作用。當(dāng)觸發(fā)端122 (管腳2)被觸發(fā)，且脈 沖電壓低于V+Z3時(shí)，內(nèi)部觸發(fā)比較器翻轉(zhuǎn)，輸出端(管腳3)輸出高電平。放電端127 (管 腳7)內(nèi)部開(kāi)路，電源V+開(kāi)始通過(guò)定時(shí)電阻128向定時(shí)電容129充電。定時(shí)電容129上充電 到2V+/3時(shí)，閾值端126 (管腳6)內(nèi)部的閾值比較器翻轉(zhuǎn)，定時(shí)電容129迅速放電到地電位， 輸出端回到低電平。定時(shí)時(shí)間約為1.1*定時(shí)電阻*定時(shí)電容。定時(shí)電阻128為1兆歐姆，定時(shí) 電容129為1微法拉，定時(shí)時(shí)間約為1秒。其輸出端123的輸出信號(hào)通過(guò)電阻162接到電流 放大管160的基極，這是一個(gè)3DK4管，它的集電極回路中，有一個(gè)磁力電開(kāi)關(guān)161，控制 第一個(gè)蒸汽噴水器100的熱水閥，進(jìn)熱水1秒鐘；同時(shí)控制第二個(gè)蒸汽噴水器101的蒸汽閥， 進(jìn)蒸汽1秒鐘。
第二個(gè)555集成電路130，其觸發(fā)端132 (管腳2)的觸發(fā)信號(hào)，來(lái)自第一個(gè)555集成電 路120的輸出信號(hào)，經(jīng)由電阻和電容所組成的微分電路產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖。定時(shí)時(shí)間取2秒。
第一個(gè)555集成電路120的輸出端123和第二個(gè)555集成電路130的輸出端 133分別通過(guò)整流管后，合并連接到電阻167的一端，而電阻167的另一端接到電流放大管 165的基極，這是一個(gè)3DK4管，它的集電極回路中，有一個(gè)磁力電開(kāi)關(guān)162，用于同時(shí)控制 第一個(gè)蒸汽噴水器100的進(jìn)水閥和第二個(gè)蒸汽噴水器101的出水閥，其定時(shí)時(shí)間等于第一和 第二兩個(gè)集成電路定時(shí)時(shí)間之和，即為3秒。也就是第一個(gè)蒸汽噴水器IOO通過(guò)進(jìn)水閥，進(jìn) 水3秒鐘；同時(shí)，第二個(gè)蒸汽噴水器101通過(guò)出水閥，向外噴水3秒鐘。
第三個(gè)555集成電路140，其觸發(fā)端142 (管腳2)的觸發(fā)信號(hào)，來(lái)自第二個(gè)555集成電路130的輸出信號(hào)，經(jīng)由電阻和電容所組成的微分電路產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖。定時(shí)時(shí)間取l秒。 其輸出端143的輸出信號(hào)通過(guò)電阻177接到電流放大管175的基極，這是一個(gè)3DK4管，它 的集電極回路中，有一個(gè)磁力電開(kāi)關(guān)172控制第一個(gè)蒸汽噴水器100的蒸汽閥，進(jìn)蒸汽1秒 鐘；同時(shí)，控制第二個(gè)蒸汽噴水器101的熱水閥，進(jìn)熱水1秒鐘。
第四個(gè)555集成電路150，其觸發(fā)端152 (管腳2)的觸發(fā)信號(hào)，來(lái)自第三個(gè)555集成電 路140的輸出信號(hào)，經(jīng)由電阻和電容所組成的微分電路產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖。定時(shí)時(shí)間取2秒。
第三個(gè)555集成電路140的輸出端143和第四個(gè)555集成電路150的輸出端 153分別通過(guò)整流管后，合并連接到電阻182的一端，而電阻182的另一端接到電流放大管 180的基極，這是一個(gè)3DK4管，它的集電極回路中，有一個(gè)磁力電開(kāi)關(guān)181，用于同時(shí)控制 第一個(gè)蒸汽噴水器100的出水閥和第二個(gè)蒸汽噴水器101的進(jìn)水閥，其定時(shí)時(shí)間等于第三和 第四兩個(gè)集成電路定時(shí)時(shí)間之和，即為3秒。也就是第一個(gè)蒸汽噴水器100通過(guò)出水閥，向 外噴水3秒鐘；同時(shí)，第二個(gè)蒸汽噴水器101通過(guò)進(jìn)水閥，進(jìn)水3秒鐘。
圖10是本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的背壓器的結(jié)構(gòu)圖。
本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的背壓器250的主體結(jié)構(gòu)由射流器251和抽氣 器261兩部分組成。
射流器251的外觀是一段短管，它由一個(gè)外管和外管內(nèi)設(shè)置的一個(gè)噴管和一個(gè)擴(kuò)壓管組 成。射流器251的一端是入口法蘭253，另一端是出口法蘭252。從入口法蘭253向里看，是 一個(gè)漸縮的噴管254。沿著從進(jìn)口到出口方向，漸縮的噴管254的出口正對(duì)著的是縮放的擴(kuò) 壓管257的進(jìn)口，在噴管254出口、擴(kuò)壓管257進(jìn)口和射流器251的外管之間是一有限空間， 擴(kuò)壓管257的出口與出口法蘭252相接。
抽氣器261是一個(gè)壓力容器，它位于射流器251的上方，兩者之間有一個(gè)垂直的連通管 262。在抽氣器261內(nèi)有一個(gè)冷卻盤(pán)管262，在抽氣器261的上封頭接一個(gè)抽氣管，抽氣管上 有一個(gè)抽氣泵263。
背壓器250的工作原理是蒸汽噴水器的出口輸出的高壓水，從背壓器250的入口進(jìn)入， 經(jīng)過(guò)噴管254形成高速射流，穿過(guò)背壓器250內(nèi)的有限空間后，進(jìn)入擴(kuò)壓管257。在擴(kuò)壓管 257的出口，也就是背壓器250的出口，水流壓力恢復(fù)到接近背壓器250的入口，即噴管254 的入口的壓力。水流在穿越背壓器250內(nèi)的有限空間時(shí)，水流中的水蒸汽和空氣擴(kuò)散出來(lái)， 通過(guò)連通管264向抽氣器261內(nèi)流動(dòng)，水蒸汽在冷卻盤(pán)管262的表面凝結(jié)下來(lái)，滴落并流回 射流器251,空氣則被抽氣泵263抽出，排往大氣。蒸汽噴水器輸出的高壓水進(jìn)入背壓器250 時(shí)，其中所含的水蒸汽和空氣的量都很少，冷卻盤(pán)管262的熱負(fù)荷很小，抽氣泵263的功率 消耗也很小。通過(guò)冷卻盤(pán)管262和抽氣泵263的連續(xù)工作，背壓器250的有限空間內(nèi)可以維持較低的 絕對(duì)壓力，當(dāng)然不會(huì)低于水流水溫對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓。本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí) 施例的背壓器250內(nèi)絕對(duì)壓力為0.02MPa。在蒸汽噴水器的出口，設(shè)置背壓器250的目的， 就是為了高溫高壓的蒸汽在蒸汽噴水器內(nèi)膨脹做功時(shí)，有一個(gè)較低的背壓，以獲得較大的洽 降、較大的功率和較大的效率。
圖11給出了本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的水輪發(fā)電機(jī)裝置結(jié)構(gòu)圖。
本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的水輪發(fā)電機(jī)裝置由水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)兩部分組 成，水輪機(jī)的主軸與發(fā)電機(jī)的主軸連接，并傳遞動(dòng)力。
水輪發(fā)電機(jī)的水輪機(jī)是臥軸的混流式水輪機(jī)，混流式水輪機(jī)的主要部件有水輪機(jī)主軸 231、轉(zhuǎn)輪232、導(dǎo)葉233、蝸殼234、尾水管235等。其工作過(guò)程是水流經(jīng)過(guò)蝸殼234引 入，再經(jīng)過(guò)導(dǎo)葉233調(diào)整流量，流過(guò)轉(zhuǎn)輪232的葉片，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，水的流動(dòng)能量轉(zhuǎn)變 成轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，帶動(dòng)水輪機(jī)主軸231旋轉(zhuǎn)。
水輪發(fā)電機(jī)裝置的發(fā)電機(jī)是交流無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)，主要有發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子211、發(fā)電機(jī)定子 212和發(fā)電機(jī)主軸215。
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子211主要包括轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子磁極繞組。發(fā)電機(jī)定子212主要包括機(jī)座、定 子鐵心、定子電樞繞組。
發(fā)電機(jī)的主軸215被水輪機(jī)的主軸231帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極的磁場(chǎng)掃過(guò)定子繞 組，亦即掃過(guò)電樞繞組。由于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與定子繞組導(dǎo)線的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)線切割磁力線，定子 的電樞繞組產(chǎn)生感應(yīng)電壓，向外輸出電流。
圖12給出了本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。
本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的水輪機(jī)結(jié)構(gòu)的選型依據(jù)，主要考慮水頭的大小。
前已說(shuō)明，利用本發(fā)明建設(shè)一個(gè)200kW的潛艇電站。蒸汽鍋爐生產(chǎn)過(guò)熱蒸汽，壓力為 20MPa，溫度為500°C，蒸汽膨脹做功時(shí)，絕熱膨脹到0.02MPa壓力。利用蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽噴 水器，蒸汽噴水器3秒鐘噴水體積為4.11m3。
按照水輪機(jī)功率計(jì)算式 N=9.81*H*Q
式中，N為水輪機(jī)輸入功率，H為水頭，Q為流量。 Q=4.11/3=1.37( m3 /s) N=261(kW)
水頭為H=19.4(m)
水頭為19.4m，流量為1.37mVs，水輪機(jī)輸入功率為261kW。根據(jù)這些參數(shù)，査找相應(yīng) 水輪機(jī)產(chǎn)品，得到的結(jié)果是可以選擇混流式水輪機(jī)，產(chǎn)品型號(hào)是HL260-WJA-50，該混流 式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪代號(hào)為260，臥軸，金屬蝸殼，轉(zhuǎn)輪公稱(chēng)直徑為50cm。
混流式水輪機(jī)的水流由徑向流入、從軸向流出轉(zhuǎn)輪?；炝魇剿啓C(jī)為固定葉片式水輪機(jī)， 轉(zhuǎn)輪由上冠、葉片和下環(huán)等三部分構(gòu)成一個(gè)整體?；炝魇剿啓C(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，強(qiáng)度高，效率高。 混流式水輪機(jī)是利用水流的壓力能和動(dòng)能做功的反擊式水輪機(jī)。
本圖為混流式臥軸水輪機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，它由壓力水管、蝸殼、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪、主軸等組 成。從壓力水管237引來(lái)壓力水流，進(jìn)入稱(chēng)作蝸殼234的引水室，蝸殼234中的水流一方面 作圓周運(yùn)動(dòng)，另一方面作徑向運(yùn)動(dòng)，使水流均勻地進(jìn)入水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)包括座環(huán) 236和導(dǎo)葉233，它的作用是引導(dǎo)一定量的水流按一定方向進(jìn)入轉(zhuǎn)輪232。具體的操作就是轉(zhuǎn) 動(dòng)導(dǎo)葉233到某一角度，改變導(dǎo)葉間的開(kāi)度，調(diào)節(jié)進(jìn)入水輪機(jī)并通過(guò)轉(zhuǎn)輪232的水流的流量。 轉(zhuǎn)輪232又稱(chēng)工作輪，它是水輪機(jī)的核心，其作用是將水流的能量轉(zhuǎn)換為水輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械 能。轉(zhuǎn)輪232的葉片呈復(fù)雜空間扭曲狀，斷面形狀為翼形，在轉(zhuǎn)輪232轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，其葉片 完成與水流間徑向、軸向的能量轉(zhuǎn)換，混流式水輪機(jī)的主軸231旋轉(zhuǎn)時(shí)，它就帶動(dòng)聯(lián)軸的發(fā) 電機(jī)發(fā)電。流過(guò)轉(zhuǎn)輪232的水流，進(jìn)入水輪機(jī)的尾水管235。做完功的水，經(jīng)過(guò)尾水管235， 最后返回循環(huán)水箱。
圖13給出了本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。
本發(fā)明的發(fā)電機(jī)是交流無(wú)刷旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)的電樞是固定的， 而磁極是旋轉(zhuǎn)的。磁極繞組在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)，電樞繞組均勻分布在整個(gè)定子鐵心槽內(nèi)，電樞 繞組輸出的交流電流可直接送往負(fù)載。
交流無(wú)刷旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)主要有發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子211、發(fā)電機(jī)定子212和 發(fā)電機(jī)主軸215。
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子211包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子磁極繞組、轉(zhuǎn)軸、勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子213、旋轉(zhuǎn)整 流器216。
發(fā)電機(jī)定子212包括機(jī)座、定子鐵心、定子電樞繞組、端蓋、軸承蓋、勵(lì)磁機(jī)定子214。
交流勵(lì)磁機(jī)產(chǎn)生的交流電，經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)整流器整流后，供同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極勵(lì)磁用。 交流勵(lì)磁機(jī)的定子為磁極，而轉(zhuǎn)子為電樞。
發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生多種損耗而引起發(fā)熱，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上，裝有風(fēng)扇217對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn) 行通風(fēng)冷卻，以保證發(fā)電機(jī)的溫升控制在允許的范圍內(nèi)。
發(fā)電機(jī)的主軸215被水輪機(jī)的主軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極的磁場(chǎng)掃過(guò)定子繞組，亦即掃過(guò)電樞繞組。由于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與定子繞組導(dǎo)線的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)線切割磁力線，定于的電 樞繞組產(chǎn)生感應(yīng)電壓，可以向外輸出電流。
圖14給出了本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的推進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖。
本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的推進(jìn)電機(jī)是直流電機(jī)，它具有一般直流電機(jī) 的結(jié)構(gòu)。但是，潛艇的直流電機(jī)與一般直流電機(jī)相比，它的工作狀態(tài)多，工作環(huán)境條件惡劣。 為此，要求潛艇的直流推進(jìn)電機(jī)功率要大，尺寸要小，重量要輕，調(diào)速范圍要寬，噪音要小， 效率要高，使用方便等。
如圖所示，潛艇的推進(jìn)電機(jī)由兩部分組成，即定子部分和轉(zhuǎn)子部分。
定子部分包括主磁極鐵心285、勵(lì)磁繞組286、換向極鐵心292、換向極繞組291、機(jī) 座293、電刷289。
轉(zhuǎn)子部分包括電樞鐵心287、電樞繞組288、換向器290、轉(zhuǎn)軸295。
定子部分的主磁極鐵心285上的勵(lì)磁繞組286接通直流電后，定子部分的主磁極產(chǎn)生固 定的磁場(chǎng)，作用與定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙中，而轉(zhuǎn)子部分的電樞鐵心287上的電樞繞組288， 在此磁場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸295旋轉(zhuǎn)。
推進(jìn)電機(jī)的輸出功，用于驅(qū)動(dòng)螺旋槳，推進(jìn)電機(jī)的電源為從水輪發(fā)電機(jī)或柴油發(fā)電機(jī) 來(lái)的交流電，經(jīng)過(guò)整流器，交流電變成直流電，到達(dá)配電盤(pán)，再到達(dá)推進(jìn)電機(jī)；或從蓄電池 組來(lái)的直流電經(jīng)過(guò)配電盤(pán)，再到達(dá)推進(jìn)電機(jī)。配電盤(pán)上有選擇切換水輪發(fā)電機(jī)、柴油發(fā)電機(jī) 來(lái)或蓄電池組的開(kāi)關(guān)。
圖15給出了本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的傳動(dòng)系統(tǒng)包括螺旋槳軸274、推力軸承273、 中間軸承277、軸系密封278。
在螺旋槳軸274上，在推進(jìn)電機(jī)270到螺旋槳280之間，依次有推力軸承273、中間軸 承277、軸系密封278。推進(jìn)電機(jī)270發(fā)出的動(dòng)力，通過(guò)螺旋槳軸274傳遞到螺旋槳280，螺 旋槳280轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，與水相作用，產(chǎn)生推力，推動(dòng)船舶前進(jìn)。
圖16給出了本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的廢氣冷凝器的結(jié)構(gòu)圖。
本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的廢氣冷凝器主要由冷凝器301和冷凝貯箱 302組成。冷凝器301位于冷凝貯箱302的上方，兩者之間有連通管。
冷凝器301是一個(gè)壓力容器，立放的圓筒，上下兩個(gè)封頭，能承受6MPa壓力。冷凝器 301的功能，是對(duì)流入冷凝器的鍋爐煙氣中的二氧化碳和水蒸氣進(jìn)行冷凝。它的圓筒壁上方 有一個(gè)煙氣導(dǎo)入管306，與鍋爐煙道相連。冷凝器301的內(nèi)部有一個(gè)通冷卻水的冷卻盤(pán)管303。 冷凝器301的下封頭向下接出連通管305，通到冷凝貯箱302。根據(jù)二氧化碳和水蒸氣的熱物理性質(zhì)，當(dāng)冷凝器301的內(nèi)部空間壓力為6MPa時(shí)，只要冷 卻盤(pán)管303的表面溫度不高于2(TC，進(jìn)入到冷凝器301的二氧化碳和水蒸氣就能陸續(xù)凝結(jié)下 來(lái)。凝結(jié)成液態(tài)的二氧化碳和凝結(jié)生成的水，通過(guò)連通管305流入到冷凝貯箱302。冷凝器 301的圓筒壁下方有一個(gè)氣體導(dǎo)出管304，未凝氣體經(jīng)此管送回鍋爐，再次參加燃燒。
冷凝貯箱302是一個(gè)壓力容器，水平橫放的圓筒，左右兩個(gè)封頭，內(nèi)側(cè)能承受6MPa壓力。 冷凝貯箱302在潛艇上的安裝位置，是在潛艇的耐壓殼體的外側(cè)，當(dāng)潛艇的外殼體進(jìn)水，冷 凝貯箱302的外表面要承受海水的壓力。所以，冷凝貯箱302的外側(cè)抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)，要考慮 潛艇的最大下潛深度，冷凝貯箱302的外側(cè)抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)可以與潛艇的耐壓殼體抗壓強(qiáng)度設(shè) 計(jì)相同，定為6MPa。
液態(tài)的二氧化碳和水的密度明顯不同，在2(TC時(shí)，二氧化碳與水的密度比為0. 77;此外， 液態(tài)的二氧化碳和水的互溶性很低，在深?？梢詢?chǔ)存液態(tài)的二氧化碳就說(shuō)明了這一點(diǎn)。所以， 冷凝貯箱302內(nèi)，液態(tài)的二氧化碳和水是分層的，在2(TC時(shí)，二氧化碳在上，水在下。
在冷凝貯箱302的圓筒底部有一個(gè)排水管307，在冷凝貯箱302的圓筒側(cè)下方，有一個(gè) 液態(tài)的二氧化碳的排出管308。流入冷凝貯箱302凝結(jié)水，沉入冷凝貯箱302的底部，可以 隨時(shí)通過(guò)出水管307排出。但不要過(guò)度放水，以免液態(tài)的二氧化碳隨著水流從出水管307 — 同排出。
冷凝貯箱302的圓筒的直徑為1. 6m，圓筒的長(zhǎng)度為30m,內(nèi)部容積為60m3 。冷凝貯箱302 能容納液態(tài)二氧化碳的量，相當(dāng)于本發(fā)明提出的200kW的潛艇電站連續(xù)工作10晝夜，即運(yùn)轉(zhuǎn) 240小時(shí)，蒸汽鍋爐排出的二氧化碳。
冷凝忙箱302有支架309，若干個(gè)支架托起冷凝貯箱302的圓筒，水平地布置在潛艇內(nèi)部。
圖17給出了本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例在潛艇中的布置方案。
采用本發(fā)明不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置實(shí)施例的潛艇，長(zhǎng)約70m，高約13m,雙殼體結(jié) 構(gòu)，內(nèi)殼體為耐壓殼體408，耐壓殼體408的直徑為6.5m。
潛艇的作戰(zhàn)中心403位于潛艇中部，作戰(zhàn)中心403的后邊，有兩個(gè)壓力容器呈上下布置， 上邊的是高壓氣瓶5，下邊的是冷凝器301。
在冷凝器301下邊，在耐壓殼體408內(nèi)部的最低處，沿潛艇縱向布置的是34m長(zhǎng)的液氧 貝亡箱l，它幾乎占據(jù)了潛艇總長(zhǎng)的前一半。在耐壓殼體408的下邊，內(nèi)外殼體之間，23m長(zhǎng) 的乙醇貯箱2和30m長(zhǎng)的冷凝貯箱302，首尾相接，沿潛艇縱向布置。前邊的是冷凝貯箱302， 后邊的是乙醇貯箱2。
在高壓氣瓶5和冷凝器301的后邊，有蒸汽鍋爐4、蒸汽噴水器IOO、水輪機(jī)230。蒸汽
23鍋爐4幾乎和耐壓殼體408的內(nèi)部空間等高。水輪機(jī)230帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)輸出的交流電， 通過(guò)整流器變成直流電，用于驅(qū)動(dòng)推進(jìn)電機(jī)270，推進(jìn)電機(jī)270帶動(dòng)潛艇螺旋槳280。
在水輪機(jī)230后方的空間中，安放的是潛艇的常規(guī)動(dòng)力裝置，其中包括柴油發(fā)電機(jī)405、 柴油貝i箱404和通氣管409。
有一個(gè)電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)410，用于推進(jìn)電機(jī)270的供電選擇，可以選擇常規(guī)的柴油發(fā)電機(jī)， 或選擇具有AIP功能的本發(fā)明閉式蒸汽-水輪發(fā)電機(jī)，或選擇潛艇的蓄電池組。
權(quán)利要求
1、一種不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置，它包括主機(jī)系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、螺旋槳、廢氣冷凝器等五部分，它的主機(jī)系統(tǒng)包括蒸汽發(fā)生器，蒸汽發(fā)生器由液氧貯箱、乙醇貯箱、給水箱、蒸汽鍋爐、高壓氣瓶和幾個(gè)泵組成，電力系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)、整流器和推進(jìn)電機(jī)，廢氣冷凝器由冷凝器和冷凝貯箱組成，其特征在于(1)所述主機(jī)系統(tǒng)還包括蒸汽噴水裝置和水輪機(jī)；(2)所述蒸汽噴水裝置由第一個(gè)蒸汽噴水器、第二個(gè)蒸汽噴水器、蒸汽噴水控制器、背壓器和循環(huán)水箱組成，兩個(gè)蒸汽噴水器豎立于循環(huán)水箱上，其下端的進(jìn)水口，位于循環(huán)水箱的水面下，在蒸汽噴水控制器的控制下，鍋爐蒸汽和循環(huán)水箱的水輪流從上下進(jìn)入兩個(gè)蒸汽噴水器，水被蒸汽加壓后從蒸汽噴水器出口流出，經(jīng)過(guò)背壓器，輸送給水輪機(jī)。
2、按照權(quán)利要求l所述的一種不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置，其特征在于 所述液氧貯箱的外形是一個(gè)橫放的圓筒形壓力容器，殼體及兩端封頭的材質(zhì)選用不銹鋼板，均為雙層不銹鋼板，雙層不銹鋼板中間填充絕熱材料，圓筒形液氧貯箱的內(nèi)徑為1.6m，長(zhǎng)度為34m，每個(gè)液氧貯箱的容積為68m3，兩個(gè)液氧貯箱，總?cè)莘e為136m3,液氧貯箱殼體內(nèi)部受壓，抗壓強(qiáng)度為0.5MPa;橫放的圓筒形液氧貯箱的上部有加注口、加壓口、排氣口，底部有液氧的輸出口、泄液口，液氧貯箱的殼體外圓上，等距離地固定有加強(qiáng)環(huán)板，依靠多個(gè)支架，兩個(gè)相同的液氧貯箱并排橫放布置。
3、 按照權(quán)利要求1所述的一種不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置，其特征在于 所述乙醇貯箱的外形是一個(gè)橫放的圓筒形壓力容器，殼體及兩端封頭的材質(zhì)均選用不銹鋼板，均為雙層不銹鋼板，雙層不銹鋼板中間填充絕熱材料；乙醇貯箱的內(nèi)徑為1.6m，長(zhǎng)度為23m，每個(gè)乙醇貯箱的容積為46 m3 ，兩個(gè)乙醇貯箱， 總?cè)莘e為92m3，乙醇貯箱殼體外部受壓，抗壓強(qiáng)度為6MPa;橫放的圓筒形乙醇貯箱的上部有加注口、排氣口，底部有乙醇的輸出口、泄液口，乙醇 貯箱的殼體外圓上，等距離地固定有加強(qiáng)環(huán)板，依靠多個(gè)支架，兩個(gè)相同的乙醇貯箱并排橫 放布置。
4、 按照權(quán)利要求1所述的一種不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置，其特征在于所述蒸汽鍋爐包括省煤器、汽包、燃燒器、爐膛、受熱管、過(guò)熱器和蒸汽管，受熱管 包括對(duì)流管和水冷壁，燃燒器是由外套管和內(nèi)管組成；蒸汽鍋爐向蒸汽噴水器裝置供應(yīng)蒸汽，給水泵連接在供水箱和蒸汽鍋爐的省煤器之間， 蒸汽鍋爐的受熱管的水，被加熱產(chǎn)生蒸汽，匯入到汽包，汽包輸出的飽和蒸汽進(jìn)入過(guò)熱器，從過(guò)熱器出口得到的過(guò)熱蒸汽，通過(guò)蒸汽管輸出；由液氧貯箱來(lái)的液氧，經(jīng)過(guò)位于煙道內(nèi)的加熱器變成氣態(tài)氧氣，再經(jīng)過(guò)氧氣管進(jìn)入燃燒 器的內(nèi)管，由乙醇貯箱來(lái)的乙醇，進(jìn)入燃燒器的外套管，高速氧氣將乙醇吹散霧化，從燃燒 器的出口噴進(jìn)鍋爐高壓爐膛燃燒，鍋爐高壓爐膛內(nèi)有6MPa的壓力；蒸汽鍋爐的排煙一個(gè)去向是到達(dá)廢氣冷凝器，另一個(gè)去向是通過(guò)直排管，再經(jīng)過(guò)一個(gè)氣 泡分裂裝置，排到海水中；蒸汽鍋爐的額定容量為每小時(shí)生產(chǎn)1.1噸過(guò)熱蒸汽，過(guò)熱蒸汽壓力為20MPa，溫度為500 'C，蒸汽鍋爐的外殼和上下封頭的抗壓強(qiáng)度為6MPa。
5、 按照權(quán)利要求1所述的一種不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置，其特征在于 所述蒸汽噴水器的本體由一個(gè)豎管和一個(gè)水平管構(gòu)成，水平管的一頭與豎管垂直相接，水平管的另一頭是出水口，水平管上有出水閥，豎管上，靠近下端有進(jìn)水閥，豎管的下端口 是進(jìn)水口，豎管上端板外接出空氣管和蒸汽管，空氣管上有空氣泵、氣壓罐、空氣閥，蒸汽 管與蒸汽鍋爐連通，該管上設(shè)有蒸汽閥，空氣閥、蒸汽閥、進(jìn)水閥、出水閥都是電磁閥，由 蒸汽噴水控制器控制；豎管上的進(jìn)水闊，其上緣緊貼水平管與豎管的垂直接口，進(jìn)水閥將豎管上下分成兩部分 豎管的端板到進(jìn)水閥，稱(chēng)作豎管上段，從進(jìn)水閥到進(jìn)水口，稱(chēng)作豎管下段；蒸汽噴水器是成對(duì)設(shè)置的，對(duì)應(yīng)一個(gè)水輪發(fā)電機(jī)，有兩個(gè)或兩組相同的蒸汽噴水器輪流 供水發(fā)電，兩個(gè)蒸汽噴水器彼此平行，并與水面垂直，被固定在循環(huán)水箱中，兩個(gè)或兩組蒸 汽噴水器在出水口之前相連通，它們共用一個(gè)出水口；豎管上段是蒸汽噴水器的進(jìn)水管道兼貯水空間，其中設(shè)有擊水器，擊水器由固定桿及其 上垂直固定的多個(gè)擊水盤(pán)構(gòu)成，擊水盤(pán)是帶孔圓盤(pán)，圓盤(pán)上均勻分布直徑為30 50mm的通 孔，通孔總面積占圓盤(pán)表面積的三分之一，圓盤(pán)外徑等于蒸汽噴水器豎管內(nèi)徑的三分之一， 圓盤(pán)沿固定桿上下均勻設(shè)置，圓盤(pán)間距等于蒸汽噴水器豎管內(nèi)徑，固定桿在蒸汽噴水器豎管 上段中心線上固定，其長(zhǎng)度從進(jìn)水閥， 一直到端板，固定桿從擊水器的全部圓盤(pán)中心穿過(guò)， 并相固定；豎管下段長(zhǎng)度約為1. Om 1. 5m，豎管內(nèi)的進(jìn)水閥距離循環(huán)水箱的水面的高度約為0. 5m。
6、 按照權(quán)利要求1所述的一種不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置，其特征在于 所述蒸汽噴水控制器是利用一個(gè)四級(jí)時(shí)序定時(shí)器，按順序驅(qū)動(dòng)四個(gè)磁力電開(kāi)關(guān)，控制兩個(gè)蒸汽噴水器的八個(gè)電磁閥的電路，釆用四個(gè)555集成電路，產(chǎn)生四個(gè)順序脈沖，第四個(gè)集 成電路的輸出端接到第一個(gè)集成電路的觸發(fā)端，實(shí)現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)工作；第一個(gè)集成電路，其復(fù)位端和電源端都直接與V+電源相接。接地端接地，控制端通過(guò)一 個(gè)電容接地，觸發(fā)端的觸發(fā)信號(hào)，來(lái)自第四個(gè)集成電路的輸出信號(hào)，定時(shí)時(shí)間約為1.1*定時(shí)電阻*定時(shí)電容，定時(shí)電阻為1兆歐姆，定時(shí)電容為1微法拉，定時(shí)約為1秒，其輸出端通過(guò) 電阻接到電流放大管的基極，這是一個(gè)3DK4管，它的集電極回路中，有一個(gè)磁力電開(kāi)關(guān)，控制第一個(gè)蒸汽噴水器的空氣閥，進(jìn)空氣l秒鐘；同時(shí)控制第二個(gè)蒸汽噴水器的蒸汽閥，進(jìn) 蒸汽1秒鐘；第二個(gè)集成電路觸發(fā)端的觸發(fā)信號(hào)，來(lái)自第一個(gè)集成電路的輸出信號(hào)，定時(shí)時(shí)間取2秒;第一個(gè)集成電路的輸出端和第二個(gè)集成電路的輸出端，分別通過(guò)整流管后，合并連接到 電阻的一端，而電阻的另一端接到電流放大管的基極，這是一個(gè)3DK4管，它的集電極回路 中，有一個(gè)磁力電開(kāi)關(guān)，用于同時(shí)控制第一個(gè)蒸汽噴水器的進(jìn)水閥和第二個(gè)蒸汽噴水器的出 水閥，其定時(shí)時(shí)間等于第一和第二兩個(gè)集成電路定時(shí)之和，即為3秒，第一個(gè)蒸汽噴水器通 過(guò)進(jìn)水閥，進(jìn)水3秒鐘，同時(shí)，第二個(gè)蒸汽噴水器通過(guò)出水閥，向外噴水3秒鐘；第三個(gè)集成電路觸發(fā)端的觸發(fā)信號(hào)，來(lái)自第二個(gè)集成電路的輸出信號(hào)，定時(shí)為1秒，其 輸出端的輸出信號(hào)通過(guò)電阻接到電流放大管的基極，這是一個(gè)3DK4管，它的集電極回路中， 有一個(gè)磁力電開(kāi)關(guān)控制第一個(gè)蒸汽噴水器的蒸汽閥，進(jìn)蒸汽1秒鐘，同時(shí)，控制第二個(gè)蒸汽 噴水器的空氣閥，進(jìn)空氣l秒鐘；第四個(gè)集成電路觸發(fā)端的觸發(fā)信號(hào)，來(lái)自第三個(gè)集成電路的輸出信號(hào)，定時(shí)時(shí)間為2秒；第三個(gè)集成電路的輸出端和第四個(gè)集成電路的輸出端分別通過(guò)整流管后，合并連接到電 阻的一端，而電阻的另一端接到電流放大管的基極，這是一個(gè)3DK4管，它的集電極回路中， 有一個(gè)磁力電開(kāi)關(guān)，用于同時(shí)控制第一個(gè)蒸汽噴水器的出水閥和第二個(gè)蒸汽噴水器的進(jìn)水閥， 其定時(shí)時(shí)間等于第三和第四兩個(gè)集成電路定時(shí)時(shí)間之和，即為3秒，第一個(gè)蒸汽噴水器通過(guò) 出水閥出水3秒鐘，同時(shí)，第二個(gè)蒸汽噴水器通過(guò)進(jìn)水閥進(jìn)水'3秒鐘。
7、 按照權(quán)利要求1所述的一種不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置，其特征在于 所述背壓器的主體結(jié)構(gòu)由射流器和抽氣器兩部分組成-射流器的外觀是一段短管，它由一個(gè)外管和外管內(nèi)設(shè)置的一個(gè)噴管和一個(gè)擴(kuò)壓管組成， 射流器的一端是入口法蘭，另一端是出口法蘭，從入口法蘭向里看，是一個(gè)漸縮的噴管，沿 著從進(jìn)口到出口方向，漸縮的噴管的出口正對(duì)著的是縮放的擴(kuò)壓管的進(jìn)口，在噴管出口、擴(kuò) 壓管進(jìn)口和射流器的外管之間是一有限空間，擴(kuò)壓管的出口與出口法蘭相接；抽氣器是一個(gè)壓力容器，它位于射流器的上方，兩者之間有一個(gè)垂直的連通管，在抽氣 器內(nèi)有一個(gè)冷卻盤(pán)管，在抽氣器的上封頭接一個(gè)抽氣管，抽氣管上有一個(gè)抽氣泵。
8、 按照權(quán)利要求1所述的一種不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置，其特征在于 — 所述水輪機(jī)為混流式臥軸水輪機(jī)，它由壓力水管、蝸殼、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪等組成；從壓力水管引來(lái)壓力水流，進(jìn)入稱(chēng)作蝸殼的引水室，蝸殼中的水流，均勻地進(jìn)入水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，改變導(dǎo)葉間的開(kāi)度，調(diào)節(jié)通過(guò)轉(zhuǎn)輪的水流的流量，轉(zhuǎn)輪的葉片呈復(fù)雜空間扭曲狀，斷面形狀 為翼形，轉(zhuǎn)輪完成與水流間的能量轉(zhuǎn)換。
9、 按照權(quán)利要求l所述的一種不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置，其特征在于 所述電力系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)、整流器和推進(jìn)電機(jī)；發(fā)電機(jī)是交流無(wú)刷旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機(jī)，主要結(jié)構(gòu)有發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)定子和發(fā)電 機(jī)主軸，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子磁極繞組、轉(zhuǎn)軸、勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子、旋轉(zhuǎn)整流器， 發(fā)電機(jī)定子包括機(jī)座、定子鐵心、定子電樞繞組、端蓋、軸承蓋、勵(lì)磁機(jī)定子；整流器使交流電變成直流電；推進(jìn)電機(jī)是直流電機(jī)，由兩部分組成，即定子部分和轉(zhuǎn)子部分，定子部分包括主磁極 鐵心、勵(lì)磁繞組、換向極鐵心、換向極繞組、機(jī)座、電刷，轉(zhuǎn)子部分包括電樞鐵心、電樞 繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸。
10、 按照權(quán)利要求1所述的一種不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置，其特征在于 所述傳動(dòng)系統(tǒng)包括螺旋槳軸、推力軸承、中間軸承、軸系密封；在螺旋槳軸上，在推進(jìn)電機(jī)到螺旋槳之間，依次有推力軸承、中間軸承、軸系密封。
11、 按照權(quán)利要求l所述的一種不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置，其特征在于-所述廢氣冷凝器由冷凝器和冷凝貯箱組成，冷凝器位于冷凝貯箱的上方，兩者之間有連通管；冷凝器是一個(gè)壓力容器，立放的圓筒，上下兩個(gè)封頭，能承受6MPa壓力，冷凝器對(duì)鍋爐 煙氣中的二氧化碳和水蒸氣進(jìn)行冷凝，它的圓筒壁上方有一個(gè)煙氣導(dǎo)入管，它的內(nèi)部有一個(gè) 通冷卻水的冷卻盤(pán)管，冷凝器的下封頭向下接出連通管，通到冷凝貯箱，冷凝器的圓筒壁下 方有一個(gè)氣體導(dǎo)出管，未凝氣體經(jīng)此管送回鍋爐，再次參加燃燒；冷凝貯箱是一個(gè)壓力容器，水平橫放的圓筒，左右兩個(gè)封頭，內(nèi)側(cè)能承受6MPa壓力，冷 凝貯箱在潛艇上安裝在潛艇的耐壓殼體的外側(cè)，冷凝貯箱的外側(cè)抗壓強(qiáng)度也為6MPa;在冷凝IG箱的圓筒底部有排水管，在冷凝貯箱的圓筒側(cè)下方，有液態(tài)的二氧化碳的排出 管，冷凝貯箱的圓筒的直徑為1.6m，圓筒的長(zhǎng)度為30m，內(nèi)部容積為60m3，若干個(gè)支架托起 冷凝貯箱的圓筒，水平地布置在潛艇內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明給出一種適用于常規(guī)動(dòng)力潛艇的不依賴(lài)空氣的潛艇推進(jìn)裝置，它包括主機(jī)系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、螺旋槳、廢氣冷凝器等五部分。它的主機(jī)系統(tǒng)包括蒸汽鍋爐、蒸汽噴水器和水輪機(jī)?；镜墓ぷ鬟^(guò)程是在蒸汽鍋爐爐膛中，乙醇在氧氣中燃燒；鍋爐生產(chǎn)的高壓高溫蒸汽，進(jìn)入蒸汽噴水器做功；循環(huán)水箱的水進(jìn)入蒸汽噴水器，蒸汽使水加壓；蒸汽噴水器輸出的高壓水推動(dòng)水輪機(jī)，水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)推進(jìn)電機(jī)，推進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)潛艇螺旋槳；鍋爐排出的煙氣可以直接排出艇外，也可以進(jìn)入廢氣冷凝器，水蒸氣和二氧化碳凝結(jié)，存入冷凝貯箱。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、壽命長(zhǎng)、造價(jià)低、功率大、噪音小。
文檔編號(hào)B63G8/08GK101549748SQ20081008839
公開(kāi)日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2008年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月2日
發(fā)明者尚德敏 申請(qǐng)人:尚德敏