[發明專利]一種用于水下半閉式循環動力系統的廢氣增壓排放裝置

有效

• 申請號: 202011294822.7
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112594066B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 羅凱;秦侃;郭慶;陳猛;葉常盛
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F02C7/00
• 分類號: F02C7/00;F04C23/00;F04C29/00;F04C29/12
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 戴媛

本發明公開了一種用于水下半閉式循環動力系統的廢氣增壓排放裝置，包括海水進入系統，海水進入系統端部連接海水噴嘴，海水噴嘴連接氣液混合腔，還包括渦輪主機，渦輪主機通過主機廢氣管路連接氣液混合腔輸入端，氣液混合腔輸出端依次連接氣液混合工質管路、兩相增壓泵組、排放管道；引入過量海水對主機廢氣進行摻混冷凝，形成氣液混合工質，再通過氣液兩相泵將工質增壓并排出舷外，以保證熱動力主機在各航深條件下均能高效率運行，提升了水下熱動力系統的深度適應性。

技術領域

本發明屬于無人水下航行器動力設備技術領域，涉及一種用于水下半閉式循環動力系統的廢氣增壓排放裝置。

背景技術

無人水下航行器已被廣泛用于海洋探測、救生、偵查、攻擊等領域，決定其航行性能的關鍵性組件為水下動力系統。水下電動力系統的動力主機為電動機，在運行時，電池組將化學能轉化為電能，使電動機運行，帶動推進器旋轉以推動航行器前進。水下電動力系統與外部環境完全隔絕，其運行效率不受航深變化影響，深度適應性很好。然而，由于電池和電動機技術的限制，電動力系統的體積功率密度較小，導致電動力水下航行器的最高航速較低，且難以兼顧航速與航程指標。

水下熱動力系統的動力主機為活塞機或渦輪機，相比電動力系統，具有更高的體積功率密度，且在輸出功率方面也具有優勢，是攻擊型無人水下航行器的首選動力形式。目前常用的水下熱動力系統構型是開式動力系統構型，其在運行時，燃料燃燒產生的高溫高壓燃氣推動主機做功后，廢氣直接排出舷外。這使得主機后端與外部環境直接聯通，環境壓力將對主機背壓產生影響。在大航深工況下，主機背壓大幅升高，為維持輸出功率不變，主機入口壓力也必須隨之升高，這不僅增加了燃料耗量，降低了主機效率，同時入口壓力也受到材料強度的限制而不能無限提升。因此，開式構型的水下熱動力系統深度適應性通常較差。

水下半閉式動力系統是對開式系統的一種改進，其在主機之后增設廢氣處理環節，對燃燒廢氣進行部分回收或增壓處理后再將其排出舷外，在付出一定的輔機功耗的代價下使動力主機的背壓與環境壓力隔離，保證了主機在大深度工況下仍然具有高效率。半閉式系統性能的關鍵在于廢氣處理環節，其功耗應足夠小以保證動力系統整體的高效率。

現有公開的技術中有相應的解決方案，比如申請號為CN201110340329.9，公開號為：CN102454481A，名稱為一種蒸燃聯合循環動力系統中公開了包含了利用冷卻與壓縮的方法回收二氧化碳的裝置；專利申請號為CN02107780.0，公開號為CN1447016以及申請號為CN200810104764.X，公開號為CN101566104公開了利用液氫或液化石油氣的冷冷凝并回收二氧化碳的方法；專利申請號為CN200610147653.8，公開號為CN101008347公開了一種利用特殊反應將汽油分解成氫氣與碳纖維并采用氫氧燃燒模式的水面水下運載器通用的汽油機動力系統。以上專利為廢氣處理提供了思路，但由于燃料種類，體積，能量利用效率等方面的限制，這些方案并不能直接運用于大功率無人水下航行器的熱動力系統。

而在水下動力系統構型方面，瑞典“TP2000”魚雷動力系統成功運用了半閉式循環的系統形式。該動力系統使用了85％過氧化氫(HTP)+柴油的7缸凸輪活塞。在運行時，HTP于分解室中形成水蒸氣和氧氣，進入燃燒室和柴油燃燒并由淡水冷卻成約1000K的燃氣工質驅動發動機。廢氣經冷凝器(進入冷凝器的海水由離心泵供應)冷卻分離成水和二氧化碳，水經增壓后輸送回燃料艙作為增壓介質和冷卻劑復用，二氧化碳經兩級壓縮后排出舷外。由于冷凝器換熱功率的限制，這套系統難以運用于輸出功率更大的動力系統中。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于水下半閉式循環動力系統的廢氣增壓排放裝置，引入過量海水對主機廢氣進行摻混冷凝，形成氣液混合工質，再通過氣液兩相泵將工質增壓并排出舷外，以保證熱動力主機在各航深條件下均能高效率運行，提升了水下熱動力系統的深度適應性。