RU2070135C1 - Shipboard engine-and-propeller plant - Google Patents

Abstract

FIELD: shipbuilding. SUBSTANCE: shipboard engine-and-propeller plant has propeller tube and cylinder blocks; cylinder block includes cylinder 5 for steam with piston 7 and waste steam discharge pipe 22 and sea water cylinder 4 with piston 6 and sea water supply pipe. Pistons 6 and 7 of cylinders 4 and 5 are rigidly interconnected by means of rod 8. Fitted between walls of cylinders 4 and 5 is bush 11 through which rod 8 connecting pistons 6 and 7 is passed. Cylinders 5 are brought in communication with high-pressure steam chamber 13 by means of branch pipes 16 and 17 and cylinders 4 are brought in communication with high-pressure sea water chamber 12 by means of branch pipes 14 and 15. Chamber 13 is brought in communication with steam line running from nuclear reactor and chamber 12 is brought in communication with circular clearance by means of water line; circular clearance is formed by propeller tube and branch pipe with bevelled fore and aft ends which are fitted coaxially in this tube. EFFECT: enhanced reliability. 6 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к судостроению, в частности к двигательно-движительным установкам атомных судов, преимущественно атомных подводных лодок. The invention relates to shipbuilding, in particular to propulsion systems of nuclear vessels, mainly nuclear submarines.

Известна судовая двигательно-движительная установка, содержащая трубу движителя и блоки цилиндров, каждый из которых включает цилиндр для пара с поршнем и трубой для отвода отработанного пара и цилиндр для морской воды с поршнем и трубой подвода забортной морской воды, причем поршни упомянутых цилиндров жестко соединены между собой штоком (см. патент СССР N 5159, кл. В 63 Н 11/06, публ. 1928 г.). Known ship propulsion system containing a propulsion tube and cylinder blocks, each of which includes a cylinder for steam with a piston and a pipe for discharging exhaust steam and a cylinder for sea water with a piston and a pipe for supplying sea water, and the pistons of the said cylinders are rigidly connected between a stock (see USSR patent N 5159, class B 63 H 11/06, publ. 1928).

Данная установка принята в качестве наиболее близкого аналога изобретения. This installation is adopted as the closest analogue of the invention.

Известная установка недостаточно надежна в работе, имеет большие массогабаритные характеристики и низкий КПД. The known installation is not reliable enough, has large weight and size characteristics and low efficiency.

Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков. The technical result of the invention is the elimination of these disadvantages.

Он достигается тем, что судовая двигательно-движительная установка, преимущественно атомной подводной лодки, содержащая трубу движителя и блоки цилиндров, каждый из которых включает цилиндр для пара с поршнем и трубой отвода отработанного пара и цилиндр для морской воды с поршнем и трубой подвода забортной морской воды, причем поршни упомянутых цилиндров жестко соединены между собой, снабжена втулками, каждая из которых установлена между стенками цилиндра для пара и цилиндра для морской воды, через которую пропущен соединяющий их поршни шток,
камерой высокого давления пара и камерой высокого давления воды, причем цилиндры для пара сообщены патрубками, снабженными управляемыми клапанами, с камерой высокого давления пара, а цилиндры для морской воды сообщены патрубками, снабженными самооткрывающимися клапанами, с камерой высокого давления воды, при этом камера высокого давления пара сообщена с паропроводом от атомного реактора, а камера высокого давления воды сообщена водоводом с кольцевым зазором, образованным трубой движителя и патрубком со скошенными носовым и кормовым торцами, коаксиально установленным в этой трубе.It is achieved by the fact that the ship's propulsion system, mainly of a nuclear submarine, contains a propulsion tube and cylinder blocks, each of which includes a steam cylinder with a piston and a pipe for exhausting steam and a cylinder for sea water with a piston and a pipe for supplying sea water moreover, the pistons of the said cylinders are rigidly interconnected, provided with bushings, each of which is installed between the walls of the cylinder for steam and the cylinder for sea water, through which the piston connecting them and stock
a high-pressure steam chamber and a high-pressure water chamber, the steam cylinders communicating with nozzles equipped with controlled valves with a high-pressure steam chamber, and sea water cylinders communicated with nozzles equipped with self-opening valves with a high-pressure water chamber, while the high-pressure chamber the steam is in communication with the steam line from the nuclear reactor, and the high-pressure chamber of water is communicated with a water conduit with an annular gap formed by the propulsion tube and a pipe with a beveled bow and stern rtsami coaxially installed in this pipe.

Кроме того, блоки цилиндров установлен по бортам атомохода. In addition, the cylinder blocks are installed on the sides of the nuclear-powered ship.

Кроме того, каждая из упомянутых выше втулок выполнена с внутренними кольцевыми проточками, средняя из которых заполнена машинным маслом, а в крайних установлены разрезные маслосъемные кольца, плотно прилегающие к поверхности штока. In addition, each of the above-mentioned bushings is made with inner annular grooves, the middle of which is filled with machine oil, and in the extreme there are split oil scraper rings that fit snugly against the surface of the stem.

Кроме того, каждый цилиндр для пара снабжен электродатчиком положения поршня. In addition, each steam cylinder is equipped with a piston position sensor.

Кроме того, упомянутый кольцевой зазор между трубой движителя и патрубком выполнен увеличивающимся по площади в поперечном сечении к кормовому скошенному торцу патрубка, а передний скошенный торец патрубка имеет площадь входного поперечного сечения больше, чем площадь проходного поперечного сечения в средней части патрубка. In addition, said annular gap between the propulsion tube and the nozzle is made to increase in cross-sectional area to the aft beveled end of the nozzle, and the front beveled end of the nozzle has an input cross-sectional area larger than the passage cross-sectional area in the middle of the nozzle.

Кроме того, блок цилиндров снабжен гидротурбиной, соединенной с электрогенератором, установленным в вышеупомянутом водоводе, для выработки электроэнергии для технических и бытовых нужд судна. In addition, the cylinder block is equipped with a hydraulic turbine connected to an electric generator installed in the aforementioned water conduit to generate electricity for the technical and domestic needs of the vessel.

На фиг. 1 изображено горизонтальное сечение установки атомной подводной лодки; на фиг. 2 сечение по А А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение по А А на фиг. 1 в увеличенном виде; на фиг. 4 осевое сечение втулки; на фиг. 5 - сечение по Б Б на фиг. 3; на фиг. 6 сечение по В В на фиг. 3; на фиг. 7 сечение по Г Г на фиг. 6; на фиг. 8 сечение по Д Д на фиг. 3; на фиг. 9 вертикальное сечение блока цилиндров с устройствами для выработки электроэнергии, установленных на корме судна. In FIG. 1 shows a horizontal section of a nuclear submarine installation; in FIG. 2 section along A A in FIG. 1; in FIG. 3 section along A A in FIG. 1 enlarged view; in FIG. 4 axial section of the sleeve; in FIG. 5 is a section along B B in FIG. 3; in FIG. 6 a section along B B in FIG. 3; in FIG. 7 a cross-section along Г Г in FIG. 6; in FIG. 8 is a section along D D in FIG. 3; in FIG. 9 is a vertical section of a cylinder block with devices for generating electricity installed at the stern of the vessel.

Подводная лодка 1 имеет два блока цилиндров 2 двигателя и два движителя 3, установленные по ее бортам. Submarine 1 has two engine blocks 2 of the engine and two propulsors 3 mounted on its sides.

Блок цилиндров имеет четыре цилиндра 4 насоса для морской воды и четыре цилиндра 5 для пара ядерного реактора (на фиг. не показан), установленные соосно. При этом поршни 6 и 7 соответственно цилиндров 4 и 5 жестко соединены штоком 8, проходящим через торцевые стенки 9 и 10 цилиндров 4 и 5 и через втулку 11, соединяющую торцевые стенки 9 и 10. В центральной части блока установлены камеры 12 высокого давления морской воды и камера 13 высокого давления пара, соединенные соответственно патрубками 14 и 15 с цилиндрами 4 и патрубками 16 и 17 с цилиндрами 5. Между двумя верхними цилиндрами 4 и двумя нижними цилиндрами 4 установлены соответственно трубы 18 и 19, подводящие морскую воду к цилиндрам 4 от отверстий 20 в носовой части лодки. Между двумя верхним и нижним цилиндрами 5 установлены трубы 21 и 22, отводящие отработанный пар низкого давления из цилиндров 5 в ядерный реактор. Трубы 18 и 19 соединены с цилиндрами 4 с помощью патрубков 23 и 24, на которых установлены самооткрывающиеся впускные клапаны в виде дверцы 25, перекрывающие патрубки 23 и 24 в тот момент, когда давление воды в цилиндре 4 становится
выше давления воды за бортом лодки. Дверцы 25 имеют пружины, закрывающие их и тем самым перекрывающие патрубки 23 и 24. Открываются дверцы 25 давлением воды, преодолевающим сопротивление пружин. Трубы 21 и 22 соединены с цилиндрами 5 с помощью патрубков 26 и 27, на которых установлены управляемые компьютером клапаны 28 и 29, перекрывающие эти патрубки по электросигналам электродатчиков 30, 31 и 32 положения поршня 7. Аналогичные клапаны 33 и 34 установлены на патрубках 16 и 17. На патрубках 14 и 15 установлены самооткрывающиеся клапаны-дверцы 35 и 36, открывающиеся в тот момент, когда давление воды в цилиндре 4 станет выше давления воды в камере 12. Дверцы 35 и 36 имеют пружины, стремящиеся повернуть дверцы в положение, перекрывающее патрубками 14 и 15.The cylinder block has four cylinders 4 of a pump for sea water and four cylinders 5 for steam of a nuclear reactor (not shown in FIG.), Mounted coaxially. In this case, the pistons 6 and 7 of the cylinders 4 and 5, respectively, are rigidly connected by a rod 8 passing through the end walls 9 and 10 of the cylinders 4 and 5 and through a sleeve 11 connecting the end walls 9 and 10. In the central part of the block, high-pressure chambers 12 of sea water are installed and a high-pressure steam chamber 13, connected respectively by nozzles 14 and 15 with cylinders 4 and nozzles 16 and 17 with cylinders 5. Between the two upper cylinders 4 and two lower cylinders 4 pipes 18 and 19 are installed, respectively, supplying sea water to the cylinders 4 from the holes 20 in the noses oh part of the boat. Between the two upper and lower cylinders 5, pipes 21 and 22 are installed, which discharge the spent low-pressure steam from the cylinders 5 to the nuclear reactor. The pipes 18 and 19 are connected to the cylinders 4 by means of nozzles 23 and 24, on which self-opening intake valves are installed in the form of a door 25, blocking the nozzles 23 and 24 at the moment when the water pressure in the cylinder 4 becomes
above water pressure overboard. Doors 25 have springs that close them and thereby overlap pipes 23 and 24. Doors 25 open with water pressure to overcome the resistance of the springs. The pipes 21 and 22 are connected to the cylinders 5 by means of nozzles 26 and 27, on which computer-controlled valves 28 and 29 are installed, which overlap these nozzles by electrical signals of the electrodes 30, 31 and 32 of the piston position 7. Similar valves 33 and 34 are installed on the nozzles 16 and 17. On the nozzles 14 and 15, self-opening door valves 35 and 36 are installed, opening at the moment when the water pressure in the cylinder 4 becomes higher than the water pressure in the chamber 12. Doors 35 and 36 have springs tending to rotate the doors to the position that overlaps the nozzles 14 and 15.

Камера 12 соединена водоводом 37 с кольцевым зазором 38 между патрубком 39 и трубой 40 движителя 3. Кольцевой зазор 38 в своей средней части имеет наименьшую площадь поперечного сечения. У торцевого среза патрубка 39 площадь поперечного сечения щелевого зазора увеличивается в несколько раз. The chamber 12 is connected by a conduit 37 with an annular gap 38 between the pipe 39 and the pipe 40 of the propulsion unit 3. The annular gap 38 in its middle part has the smallest cross-sectional area. At the end cut of the pipe 39, the cross-sectional area of the gap gap increases several times.

Втулка 11 (фиг. 4) имеет в средней части кольцевую выточку 41, заполненную машинным маслом по маслопроводу 42. Слева и справа от кольцевой выточки 41 установлены в кольцевых выточках разрезные маслосъемные кольца 43, плотно прилегающие к штоку 8. The sleeve 11 (Fig. 4) has in the middle part an annular undercut 41 filled with machine oil through the oil pipe 42. To the left and right of the annular undercut 41, split oil scraper rings 43 are fitted tightly adjacent to the stem 8.

Выработка электроэнергии, необходимой для технических и бытовых нужд, производится блоком цилиндров 2 (фиг. 9) соответствует мощности с гидротурбиной 44, установленной в водоводе 37, идущему от блока 2 за борт (за корму или под дно) подводной лодки. Гидротурбина 44 с помощью вала 45 соединена с электрогенератором 46. The generation of electricity necessary for technical and domestic needs is carried out by the cylinder block 2 (Fig. 9) corresponds to the power with a hydraulic turbine 44 installed in the water conduit 37, going from the block 2 overboard (behind the stern or under the bottom) of the submarine. The turbine 44 using the shaft 45 is connected to an electric generator 46.

Установка на надводном корабле вместе с ядерным реактором может быть выполнена в его кормовой части при вертикальном расположении блока цилиндров, в котором цилиндры 5 будут находиться над цилиндрами 4, а движитель 3 вмонтирован в дно кормы корабля. Installation on a surface ship together with a nuclear reactor can be performed in its aft part with a vertical arrangement of the cylinder block, in which the cylinders 5 will be located above the cylinders 4, and the propulsion unit 3 is mounted in the bottom of the stern of the ship.

Работа установки осуществляется следующим образом. The installation is as follows.

На фиг. 5 стрелками показано направление движения поршней 6 и 7 в цилиндрах 4 и 5 блока цилиндров 2. Это движение поршней 6 и 7 со штоком 8 происходит под воздействием высокого давления пара, поступившего из ядерного реактора в правую часть цилиндра 5 через камеру 13 патрубок 17 и правый впускной клапан 34. In FIG. 5, the arrows show the direction of movement of the pistons 6 and 7 in the cylinders 4 and 5 of the cylinder block 2. This movement of the pistons 6 and 7 with the rod 8 occurs under the influence of high vapor pressure coming from the nuclear reactor to the right side of the cylinder 5 through the chamber 13 of the pipe 17 and the right inlet valve 34.

При этом левый впускной клапан 33 закрыт, а отработанный пар выходит через левый клапан 28 и патрубок 26 в трубу 21 паропровода низкого давления ядерного реактора. Правый впускной клапан 39 в этот момент времени закрыт. In this case, the left inlet valve 33 is closed, and the exhaust steam exits through the left valve 28 and the pipe 26 into the pipe 21 of the low pressure steam pipe of a nuclear reactor. The right intake valve 39 is closed at this point in time.

Движение влево поршня 6 происходит при открытом левом выпускном клапане 35, закрытым правым выпускным клапаном 36, открытом правым впускным клапаном 25 и закрытым левым впускным клапаном 25. The movement of the piston 6 to the left occurs when the left exhaust valve 35 is open, the right exhaust valve 36 is closed, the right intake valve 25 is open, and the left intake valve 25 is closed.

При движении поршня 7 влево он заденет электродатчик 431, установленный на боковой поверхности цилиндра 5 на равном расстоянии от торцевых поверхностей цилиндра 5. По электросигналу электродатчика 31 компьютер закроет впускной клапан 34 и дальнейшее движение влево поршня 7 будет происходить за счет расширения пара, находящегося в правой части цилиндра 5, уменьшения давления и температуры пара вплоть до того, момента, когда поршень 7 коснется левого электродатчика 30. При этом по электросигналу (электроимпульсу) левого датчика 30 будет закрыт левый
выпускной клапан 29 и открыты левый впускной клапан 33 и правый выпускной клапан 29, в результате чего поршень 7 начнет движение вправо. Движение вправо поршня 6 вызовет закрытие левого клапана 35 и правого клапана 25 и открытие правого клапана 36 и левого клапана 25.When the piston 7 moves to the left, it will touch the electrode 431 mounted on the lateral surface of the cylinder 5 at an equal distance from the end surfaces of the cylinder 5. By the electric signal of the electrode 31, the computer will close the inlet valve 34 and the further movement of the piston 7 to the left will occur due to the expansion of the steam located in the right parts of the cylinder 5, reducing the pressure and temperature of the steam up to the moment when the piston 7 touches the left electrode 30. In this case, the lion will be closed by the electric signal (electric pulse) of the left sensor 30 th
exhaust valve 29 and the left intake valve 33 and the right exhaust valve 29 are opened, as a result of which the piston 7 starts to move to the right. Moving the piston 6 to the right will close the left valve 35 and the right valve 25 and open the right valve 36 and the left valve 25.

При каждом направлении движения поршня 6 в камеру 12 высокого давления воды будет поступать из цилиндра 4 вся вода находящаяся перед поршнем 6 по ходу его движения. Для более равномерного поступления воды в камеру 12 в блоке цилиндров 1 время срабатывания впускных клапанов 33 и 34 пара высокого давления смещено в каждом из четырех цилиндров 5 на 1/4 времени хода поршня 7 в одном направлении. For each direction of movement of the piston 6, all the water in front of the piston 6 will flow from the cylinder 4 into the chamber 12 of the high pressure water. For a more uniform flow of water into the chamber 12 in the cylinder block 1, the response time of the intake valves 33 and 34 of the high pressure pair is shifted in each of the four cylinders 5 by 1/4 of the piston 7 travel time in one direction.

Вода, поступившая в камеру 12 из цилиндра 4 через водовод 37, проходит в кольцевую щель 38 между патрубком 39 и трубой 40 движителя 3, создавая силу тяги, равную произведению давления воды на площадь кольцевой щели в плоскости перпендикулярной оси движителя 3. Water entering the chamber 12 from the cylinder 4 through the conduit 37 passes into the annular gap 38 between the nozzle 39 and the pipe 40 of the propulsion 3, creating a traction force equal to the product of the water pressure by the area of the annular gap in the plane perpendicular to the axis of the propulsion 3.

Скорость движения лодки можно изменять включая в работу один, два, три и четыре цилиндра 7 (вернее включая в работу клапаны 33, 34, 28 и 29 цилиндров 7) правого и левого блока цилиндров 2 лодки 1. Для поворота лодки с малым радиусом кривизны траектории движения помимо соответствующего поворота руля курса производят включение блока цилиндров 1 того борта, в сторону которого необходимо выполнить поворот, при включенном блоке цилиндров 1 противоположного борта. The speed of the boat can be changed including one, two, three and four cylinders 7 (or rather including valves 33, 34, 28 and 29 cylinders 7) of the right and left cylinder block 2 of boat 1. To turn the boat with a small radius of curvature In addition to the corresponding turn of the rudder, movements enable the cylinder block 1 of the side to which you want to turn, with the cylinder block 1 of the opposite side turned on.

Claims (6)

1. Судовая двигательно-движительная установка преимущественно атомной подводной лодки, содержащая трубу движителя и блоки цилиндров, каждый из которых включает в себя цилиндр для пара с поршнем и трубой для отвода отработанного пара и цилиндр для морской воды с поршнем и трубой подвода забортной морской воды, причем поршни упомянутых цилиндров жестко соединены между собой штоком, отличающаяся тем, что она снабжена втулками, каждая из которых установлена между стенками цилиндра для пара и цилиндра для морской воды, через которые пропущен соединяющий их поршни шток, камерой высокого давления пара и камерой высокого давления морской воды, причем цилиндры для пара сообщены патрубками, снабженными управляемыми клапанами, с камерой высокого давления пара, а цилиндры для морской воды сообщены патрубками, снабженными самооткрывающимися клапанами, с камерой высокого давления морской воды, при этом камера высокого давления пара сообщена с паропроводом от атомного реактора, а камера высокого давления воды сообщена водоводом с кольцевым зазором, образованным трубой движителя и патрубком со скошенными носовым и кормовым торцами, коаксиально установленным в этой трубе. 1. A ship propulsion system of a predominantly nuclear submarine, comprising a propulsion tube and cylinder blocks, each of which includes a steam cylinder with a piston and a pipe for removing exhaust steam and a sea water cylinder with a piston and a sea water supply pipe, moreover, the pistons of the said cylinders are rigidly interconnected by a rod, characterized in that it is provided with bushings, each of which is installed between the walls of the cylinder for steam and the cylinder for sea water, through which the piston rod connecting them, a high-pressure steam chamber and a high-pressure sea water chamber, the steam cylinders being connected by nozzles equipped with controlled valves to the high-pressure steam chamber, and the sea-water cylinders are connected by nozzles equipped with self-opening valves with a high-pressure sea chamber water, while the high-pressure chamber of steam is in communication with the steam line from the nuclear reactor, and the high-pressure chamber of water is communicated by a conduit with an annular gap formed by the propulsion pipe and atrubkom with beveled bow and stern ends, coaxially installed in this pipe. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что блоки цилиндров установлены по бортам атомохода. 2. Installation according to claim 1, characterized in that the cylinder blocks are installed on the sides of the atomic ship. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что каждая из втулок выполнена с внутренними кольцевыми проточками, средняя из которых заполнена машинным маслом, а в крайних установлены разрезные маслосъемные кольца, прилегающие к поверхности штока. 3. The installation according to claim 1, characterized in that each of the bushes is made with inner annular grooves, the middle of which is filled with machine oil, and in the extremes split oil scraper rings adjacent to the stem surface are installed. 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что каждый цилиндр для пара снабжен электродатчиками положения поршня. 4. Installation according to claim 1, characterized in that each steam cylinder is equipped with piston position sensors. 5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что кольцевой зазор между трубой движителя и патрубком выполнен увеличивающимся по площади в поперечном сечении к кормовому скошенному торцу патрубка, а передний скошенный торец патрубка имеет площадь входного поперечного сечения больше, чем площадь проходного поперечного сечения в средней части патрубка. 5. Installation according to claim 1, characterized in that the annular gap between the propulsion pipe and the nozzle is made to increase in cross-sectional area to the aft beveled end of the nozzle, and the front beveled end of the nozzle has an input cross-sectional area larger than the passage cross-sectional area in middle part of a branch pipe. 6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что блок цилиндров снабжен гидротурбиной, соединенной с электрогенератором, установленными в упомянутом водоводе, для выработки электроэнергии для технических и бытовых нужд судна. 6. Installation according to claim 1, characterized in that the cylinder block is equipped with a turbine connected to an electric generator installed in the said water conduit to generate electricity for the technical and domestic needs of the vessel.

Images