一种常规潜艇AIP系统技术方案

一种常规潜艇AIP系统，该系统包括天然气供应系统、氧气供应系统和二氧化碳跨临界跨流态动力循环系统；本实用新型专利技术还公开了该系统的工作方法，液化天然气和液氧分别经过低温泵加压之后进入冷却系统放出冷量并汽化，然后温度和压力合适的天然气和氧气进入燃烧室中做富氧燃烧，为二氧化碳跨临界跨流态动力循环系统提供热能；二氧化碳跨临界跨流态动力循环运行时汽轮机对外输出机械功，带动发电机输出电能；本实用新型专利技术采用热值大、密度小的液化天然气，可储存的燃料量增加；二氧化碳跨临界跨流态动力循环系统的效率远远超过同条件下现有的热能动力系统，经济性优良；相较于现有AIP系统，本实用新型专利技术大大提高潜艇的水下续航力，减小了暴露率，增加了隐蔽性。

A Conventional Submarine AIP System

【技术实现步骤摘要】
一种常规潜艇AIP系统
本技术涉及动力工程领域，具体涉及一种新型常规潜艇AIP系统。
技术介绍
第二次世界大战之后，核动力潜艇能做到依赖大气而能在水下长期活动，发展十分迅速，但核动力技术复杂、价格昂贵且受到排水量的限制。常规潜艇在某些战术技术有一定的优势，与核潜艇相比，吨位小、操作性好，更适于在近海、浅水、狭窄海域和比较复杂的气候条件下活动，机动灵活；常规潜艇造价低，一般为核潜艇造价的1/5～1/3,如果按吨位计算则约为核潜艇的1/2；建造周期比核潜艇短，一般要快2～3年。随着现代反潜探测技术的发展，特别是卫星、声呐和红外等探测技术的不断提高，对常规潜艇的性能指标提出了更高的要求。要求其具备更长的水下续航能力，尽量减少通气管状态航行的时间和次数，因为在通气管航行状态下，潜艇极易受到攻击；同时要求降低噪声，而潜艇动力装置的结构噪声是主要噪声源之一。所以降低暴露率，提高水下续航能力，已成为各国进一步发展常规潜艇的必然趋势。AIP系统是指潜艇在水下不依赖外界的空气也能提供动力的能源系统。现有AIP系统虽然提高了常规潜艇的水下续航力，但只能满足潜艇水下低速航行的需要，而且所能携带能源总量十分有限。现有的CCST-AIP系统具有噪声低、功率大、工作可靠性高的特点，但整个系统庞大，辅助机械设备较多，系统安装布置困难，需较大舱室空间，实用性不强；热效率低、单位电能氧消耗量大；在一定水下续航力条件下，所用燃料乙醇所占容积较大；所有系统部件都需要特殊设计，投资较大，经济性差。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本技术的目的在于提供一种新型常规潜艇AIP系统，本技术采用热值大、密度小的液化天然气，可储存的燃料量增加；二氧化碳跨临界跨流态动力循环系统的效率远远超过同条件下现有的热能动力系统，经济性优良；采用旋转式汽轮机，噪声低，特别是消除了低频噪声；功率大，可满足潜艇水下航行需要；相比传统CCST-AIP系统，设备更加紧凑、数量减少过半，投资减少，而且大部分设备在低压下运行，安全性提高；二氧化碳可零成本冷凝压缩为液体储存在艇内，因此潜艇可以实现完全零排放，暴露率大大降低。为了达到上述目的，本技术采用如下技术方案：一种常规潜艇AIP系统，包括天然气供应系统、氧气供应系统和二氧化碳跨临界跨流态动力循环系统；其中，所述天然气供应系统包括依次相连通的液化天然气罐G、天然气供应低温泵I、冷却系统D、燃烧室A；所述液化天然气罐G的出口与天然气供应低温泵I的入口相连通，天然气供应低温泵I的出口与冷却系统D的天然气入口相连通，冷却系统D的天然气出口与燃烧室A的天然气入口相连通；所述氧气供应系统包括依次相连通的液氧罐H、氧气供应低温泵J、冷却系统D、燃烧室A；所述液氧罐H的出口与氧气供应低温泵J的入口相连通，氧气供应低温泵J的出口与冷却系统D的液氧入口相连通，冷却系统的氧气出口与燃烧室A的氧气入口相连通；所述二氧化碳跨临界跨流态动力循环系统包括燃烧室A、汽轮机B、回热系统C、冷却系统D、压缩机E、低温泵F和二氧化碳储存罐K；所述燃烧室A出口连接汽轮机B入口，汽轮机B出口连接回热系统C放热侧一级入口，回热系统C放热侧一级出口连接冷却系统D的放热侧一级入口，冷却系统D放热侧一级出口连接压缩机E入口，压缩机E出口连接回热系统C放热侧二级入口，回热系统C放热侧二级出口连接冷却系统D放热侧二级入口，冷却系统D放热侧二级出口连接低温泵F入口，低温泵F出口分为两路，一路连接二氧化碳储存罐K入口，另一路连接回热系统C吸热侧入口，回热系统C吸热侧出口连接高温热源A入口形成二氧化碳跨临界跨流态动力循环系统回路；所述二氧化碳跨临界跨流态动力循环系统使用的工质为二氧化碳。所述汽轮机B出口压力为0.005～0.5MPa。所述回热系统C包括若干换热器。所述冷却系统D包括若干低温换热器，采用液化天然气和液氧作为冷源。所述冷却系统D放热侧一级出口温度不低于二氧化碳相图中气固平衡线上汽轮机B出口压力对应的温度。所述压缩机E出口压力大于0.6MPa。所述冷却系统D放热侧二级出口温度等于压缩机E出口压力对应的二氧化碳的饱和温度。所述低温泵F、天然气供应低温泵I和氧气供应低温泵J出口压力以及燃烧室A内部压力为10～30MPa。所述汽轮机B采用旋转式汽轮机。上述一种常规潜艇AIP系统的工作方法，储存在液化天然气罐G中的液化天然气经天然气供应低温泵I加压，在冷却系统D放出冷量并汽化，随后进入燃烧室A；储存在液氧罐H中的液氧经氧气供应低温泵J加压，在冷却系统D放出冷量并汽化，随后进入燃烧室A；天然气和氧气在充满超临界二氧化碳的燃烧室A中燃烧，产生高温高压的超临界二氧化碳和水的混合物后进入汽轮机B做功，其中二氧化碳变为过热气体，随后混合物又在回热系统C中定压放热，混合物中的水被冷凝后排出，二氧化碳进入冷却系统D定压放热，又经压缩机E压缩并再次进入回热系统C定压放热，再进入冷却系统D定压放热直到成为饱和液体二氧化碳后，进入低温泵F升压，一部分二氧化碳进入二氧化碳储存罐K，另一部分在回热系统C中定压吸热，而后进入燃烧室A完成循环。和现有技术相比，本技术具有以下优点：1.采用热值大、密度小的液化天然气，可储存的燃料量增加；2.二氧化碳跨临界跨流态动力循环系统的效率远远超过同条件下现有的热能动力系统，经济性优良；3.采用旋转式汽轮机，噪声低，特别是消除了低频噪声；功率大，可满足潜艇水下航行需要；4.相比传统CCST-AIP系统，设备更加紧凑、数量减少过半，而且大部分设备在低压下运行，安全性提高；投资二氧化碳可零成本冷凝压缩为液体储存在艇内，因此潜艇可以实现完全零排放，暴露率大大降低附图说明图1为本技术一种常规潜艇AIP系统示意图。图2为本技术一种常规潜艇AIP系统中的二氧化碳跨临界跨流态动力循环系统的温熵图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术做进一步详细说明。如图1所示，一种常规潜艇AIP系统，包括天然气供应系统、氧气供应系统和二氧化碳跨临界跨流态动力循环系统；其中，所述天然气供应系统包括依次相连通的液化天然气罐G、天然气供应低温泵I、冷却系统D、燃烧室A；所述液化天然气罐G的出口与天然气供应低温泵I的入口相连通，天然气供应低温泵I的出口与冷却系统D的天然气入口相连通，冷却系统D的天然气出口与燃烧室A的天然气入口相连通；所述氧气供应系统包括依次相连通的液氧罐H、氧气供应低温泵J、冷却系统D、燃烧室A；所述液氧罐H的出口与氧气供应低温泵J的入口相连通，氧气供应低温泵J的出口与冷却系统D的液氧入口相连通，冷却系统的氧气出口与燃烧室A的氧气入口相连通；所述二氧化碳跨临界跨流态动力循环系统包括燃烧室A、汽轮机B、回热系统C、冷却系统D、压缩机E、低温泵F和二氧化碳储存罐K；所述燃烧室A出口连接汽轮机B入口，汽轮机B出口连接回热系统C放热侧一级入口，回热系统C放热侧一级出口连接冷却系统D的放热侧一级入口，冷却系统D放热侧一级出口连接压缩机E入口，压缩机E出口连接回热系统C放热侧二级入口，回热系统C放热侧二级出口连接冷却系统D放热侧二级入口，冷却系统D放热侧二级出口连接低温泵F入口，低温泵F出口分为两路，一路连接二氧化碳储存罐(K)入口，另一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种常规潜艇AIP系统，其特征在于，包括天然气供应系统、氧气供应系统和二氧化碳跨临界跨流态动力循环系统；其中，所述天然气供应系统包括依次相连通的液化天然气罐(G)、天然气供应低温泵(I)、冷却系统(D)、燃烧室(A)；所述液化天然气罐(G)的出口与天然气供应低温泵(I)的入口相连通，天然气供应低温泵(I)的出口与冷却系统(D)的天然气入口相连通，冷却系统(D)的天然气出口与燃烧(A)的天然气入口相连通；所述氧气供应系统包括依次相连通的液氧罐(H)、氧气供应低温泵(J)、冷却系统(D)、燃烧室(A)；所述液氧罐(H)的出口与氧气供应低温泵(J)的入口相连通，氧气供应低温泵(J)的出口与冷却系统(D)的液氧入口相连通，冷却系统(D)的氧气出口与燃烧室(A)的氧气入口相连通；所述二氧化碳跨临界跨流态动力循环系统包括燃烧室(A)、汽轮机(B)、回热系统(C)、冷却系统(D)、压缩机(E)、低温泵(F)和二氧化碳储存罐(K)；所述燃烧室(A)出口连接汽轮机(B)入口，汽轮机(B)出口连接回热系统(C)放热侧一级入口，回热系统(C)放热侧一级出口连接冷却系统(D)的放热侧一级入口，冷却系统(D)放热侧一级出口连接压缩机(E)入口，压缩机(E)出口连接回热系统(C)放热侧二级入口，回热系统(C)放热侧二级出口连接冷却系统(D)放热侧二级入口，冷却系统(D)放热侧二级出口连接低温泵(F)入口，低温泵(F)出口分为两路，一路连接二氧化碳储存罐(K)入口，另一路连接回热系统(C)吸热侧入口，回热系统(C)吸热侧出口连接高温热源(A)入口形成二氧化碳跨临界跨流态动力循环系统回路；所述二氧化碳跨临界跨流态动力循环系统使用的工质为二氧化碳。...

【技术特征摘要】
1.一种常规潜艇AIP系统，其特征在于，包括天然气供应系统、氧气供应系统和二氧化碳跨临界跨流态动力循环系统；其中，所述天然气供应系统包括依次相连通的液化天然气罐(G)、天然气供应低温泵(I)、冷却系统(D)、燃烧室(A)；所述液化天然气罐(G)的出口与天然气供应低温泵(I)的入口相连通，天然气供应低温泵(I)的出口与冷却系统(D)的天然气入口相连通，冷却系统(D)的天然气出口与燃烧(A)的天然气入口相连通；所述氧气供应系统包括依次相连通的液氧罐(H)、氧气供应低温泵(J)、冷却系统(D)、燃烧室(A)；所述液氧罐(H)的出口与氧气供应低温泵(J)的入口相连通，氧气供应低温泵(J)的出口与冷却系统(D)的液氧入口相连通，冷却系统(D)的氧气出口与燃烧室(A)的氧气入口相连通；所述二氧化碳跨临界跨流态动力循环系统包括燃烧室(A)、汽轮机(B)、回热系统(C)、冷却系统(D)、压缩机(E)、低温泵(F)和二氧化碳储存罐(K)；所述燃烧室(A)出口连接汽轮机(B)入口，汽轮机(B)出口连接回热系统(C)放热侧一级入口，回热系统(C)放热侧一级出口连接冷却系统(D)的放热侧一级入口，冷却系统(D)放热侧一级出口连接压缩机(E)入口，压缩机(E)出口连接回热系统(C)放热侧二级入口，回热系统(C)放热侧二级出口连接冷却系统(D)放热侧二级入口，冷却系统(D)放热侧二级出口连接低温泵(F)入口，低温泵(F...

【专利技术属性】
技术研发人员：马文友，王云刚，张哲维，王弈然，朱清民，刘璇，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61