一种适用于闭式循环汽轮机的燃料系统的制作方法

本发明实施例涉及蒸汽动力领域，尤其涉及一种适用于闭式循环汽轮机的燃料系统。

背景技术：

闭式循环汽轮机系统是不依赖于空气的动力推进系统的一种，主要适用于常规潜艇及特种潜航器，给潜艇或者潜航器的推进系统和生活负载供电，使潜艇在水下的停留时间比仅用铅酸蓄电池的潜艇增加1周或者更长的时间。

闭式循环汽轮机系统通过燃烧纯氧和乙醇产生热源，进而产生高温高压的蒸汽，蒸汽推动汽轮机进行发电。现有技术中，潜艇的燃料系统采用承载式的罐体存储乙醇，本申请的发明人发现，由于罐体承压能力有限无法适应不同的潜深。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种适用于闭式循环汽轮机的燃料系统，为潜艇的燃烧系统提供定压定量燃料，使燃料系统的内外压保持平衡适应不同的潜深。

本发明提供一种适用于闭式循环汽轮机的燃料系统，燃料系统包括：乙醇储罐模块、乙醇供应模块和乙醇增压模块；

乙醇储罐模块包括至少一个乙醇罐，乙醇储罐模块设置在潜艇的耐压艇体与非耐压艇体之间，乙醇储罐模块以存储乙醇，并向乙醇供应模块提供乙醇；

乙醇供应模块设置在耐压艇体内，并向外部的燃烧模块提供定压定量的乙醇；

乙醇增压模块设置在耐压艇体内，乙醇增压模块与乙醇储罐模块相连接，以对乙醇储罐模块的乙醇进行加压。

该燃料系统工作原理如下：乙醇储罐模块将外界的乙醇存储在乙醇罐内，加注后的乙醇罐处于密封状态，乙醇供应模块抽出乙醇罐的乙醇，并对抽出的乙醇加压以向外部的燃烧模块提供定压定量的乙醇，由于加注后的乙醇罐处于密封状态，造成乙醇供应模块无法长时间抽出乙醇罐的乙醇，因此通过乙醇增压模块向乙醇罐内加注氮气，使乙醇罐内的压差保持平衡，解决了内外压保持平衡适应不同的潜深的问题。

进一步地，乙醇储罐模块包括：多个乙醇罐、多根输送管、燃料管和第一单向阀；

多个乙醇罐通过多个输送管串联连接；

燃料管的一端设有第一单向阀，燃料管的另一端与输送管相连通。

在加注乙醇时打开第一单向阀，乙醇通过燃料管和多根输送管从而将乙醇罐内充满乙醇，加注完成后关闭第一单向阀，防止外部的海水进入乙醇罐内。

进一步地，乙醇供应模块包括：燃油泵、低压油管和高压油管；

燃料管连通低压油管，低压油管通过燃油泵加压向高压油管输送乙醇；

高压油管向外部的燃烧系统输送乙醇。

通过燃油泵对乙醇进行加压从而向外部的燃烧系统输送定压、定量的乙醇。

进一步地，还包括：蓄能器；

蓄能器与高压油管连通，以消除高压油管内的波动。

进一步地，还包括：溢流阀；

溢流阀设置在高压油管和低压油管之间，以调节高压油管内的压力。

进一步地，乙醇增压模块包括：第二单向阀、多个氮气罐、减压阀和氮气管；

第二单向阀、多个氮气罐和减压阀依次设置在氮气管上，氮气管与乙醇罐相连通；

第二单向阀以防止氮气逆向流动；

减压阀用以控制氮气罐的出口压力。

在加注氮气时打开第二单向阀，通过氮气管将氮气输送到氮气罐内，加注完成后关闭第二单向阀防止氮气泄露，减压阀控制进入乙醇罐内的氮气压力，使乙醇罐内的压差保持平衡。

进一步地，氮气管设有第一排气口和第二排气口，第一排气口位于减压阀的后端，第二排气口位于氮气罐的前端；第一排气口与第二排气口通过排气管相连通；

排气管设有调节阀、缓存管和控制阀；

调节阀以调节乙醇罐内的压力；

缓存罐以存储乙醇罐排出的氮气；

控制阀以控制缓存罐内氮气的排出。

当乙醇罐内的氮气压力较大时，打开调节阀关闭控制阀，多余的氮气从乙醇罐内通过调节阀进入到缓存罐内，当乙醇罐内的压力保持平衡时关闭调节阀，在加注氮气之前，打开控制阀和第二单向阀释放缓存罐内的氮气。

进一步地，第二排气口与氮气罐之间设有球阀，球阀以密封氮气罐，防止在排放缓存罐内的氮气时，氮气罐内的氮气一同排出。

进一步地，还包括：液压阀；

液压阀分别与燃料管、输送管和低压油管相连通；

液压阀控制燃料管与输送管的通断，以及输送管和低压油管的通断。

进一步地，还包括：放油阀；

放油阀与燃料管连通，通过放油阀对乙醇罐的乙醇进行取样。

进一步地，还包括：第一压力传感器；

第一压力传感器与氮气罐相连通，以检测减压阀输出的氮气压力。

进一步地，还包括：第二压力传感器；

第二压力传感器与高压油管连通，以检测高压油管内的压力。

进一步地，还包括：温度传感器；

温度传感器与高压油管连通，以检测高压油管内乙醇的温度。

进一步地，还包括：流量计；

流量计与高压油管连通，以检测高压油管内乙醇的流量。

进一步地，还包括：安全阀；

安全阀与高压油管连通，以防止高压油管内乙醇的压力超出阈值。

进一步地，燃料管伸出潜艇的耐压艇体，燃料管与潜艇的耐压艇体的间隙进行密封，防止外部的海水灌入耐压艇体内部。

进一步地，氮气管伸出潜艇的耐压艇体，氮气管与潜艇的耐压艇体的间隙进行密封，防止外部的海水灌入耐压艇体内部。

本发明一种适用于闭式循环汽轮机的燃料系统至少具有以下有益效果之一：

1、使燃料系统的内外压保持平衡以适应不同的潜深环境；

2、为燃烧模块提供定压定量的燃料；

3、提高潜艇的续航能力；

4、降低燃油泵的扬程，防止发生气蚀。

5、系统的自重小，进而提高潜艇的机动性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中的一种适用于闭式循环汽轮机的燃料系统的整体结构示意；

图2为本发明实施例2中的乙醇储罐模块的示意图；

图3为本发明实施例2中的乙醇供应模块的示意图；

图4为本发明实施例2中的乙醇增压模块的示意图；

图5为本发明实施例3中的缓存罐安装位置的示意图；

图6为本发明实施例4中的蓄能器安装位置的示意图；

图7为本发明实施例5中的放油阀安装位置的示意图；

图8为本发明实施例6中的第一压力传感器安装位置的示意图；

图9为本发明实施例6中的第二压力传感器安装位置的示意图。

图中标号：

1、乙醇储罐模块；100、乙醇罐；110、输送管；120、燃料管；130、第一单向阀；2、乙醇供应模块；200、燃油泵；210、低压油管；220、高压油管；230、蓄能器；240、溢流阀；3、乙醇增压模块；300、第二单向阀；310、氮气罐；320、减压阀；330、氮气管；3301、第一排气口；3302、第二排气口；340、球阀；4、排气管；400、调节阀；410、缓存罐；420、控制阀；5、液压阀；6、放油阀；7、第一压力传感器；8、第二压力传感器；9、温度传感器；10、流量计；11、安全阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

传统的常规潜艇采用柴油机和蓄电池作为动力，水下航行时，酸性蓄电池提供的能力仅能提供1-2天的低速航行，为了继续潜航，潜艇每隔一定时间必须上浮，将通气管伸出水面，启动柴油机为蓄电池充电。这时的潜艇容易被雷达、热探测仪等设备发现，甚至被水面舰艇或者飞机发现，极易受到攻击。

因此，能够提供长时间水下航行动力的动力系统成为潜艇研究的热点。其中闭式循环汽轮机是目前较为前沿的一种动力系统。由于闭式循环汽轮机系统通过燃烧纯氧和乙醇产生热源，需要储存乙醇和氧气。而目前燃料系统采用承载式的罐体存储乙醇，由于罐体承压能力有限，无法适应不同的潜深。本发明公开的燃料系统，尤为适合潜艇使用的闭式循环汽轮机。

本发明提供一种适用于闭式循环汽轮机的燃料系统，如图1所示，燃料系统包括：乙醇储罐模块1、乙醇供应模块2和乙醇增压模块3；乙醇储罐模块1包括至少一个乙醇罐100，乙醇储罐模块1设置在潜艇的耐压艇体与非耐压艇体之间，乙醇储罐模块1以存储乙醇，并向乙醇供应模块2提供乙醇；乙醇供应模块2设置在耐压艇体内，并向外部的燃烧模块提供定压定量的乙醇；乙醇增压模块3设置在耐压艇体内，乙醇增压模块3与乙醇储罐模块1相连接，以对乙醇储罐模块1的乙醇进行加压。

如图1所示，位于外侧的圆是非耐压艇体，位于内侧的圆是耐压艇体，乙醇罐100设置在耐压艇体与非耐压艇体之间。该燃料系统在正常工作时耐压艇体与非耐压艇体之间充满海水。该燃料系统工作原理如下：乙醇储罐模块1将外界的乙醇存储在乙醇罐100内，加注后的乙醇罐100处于密封状态；乙醇供应模块2抽出乙醇罐100的乙醇，并对抽出的乙醇加压以向外部的燃烧模块提供定压定量的乙醇；由于加注后的乙醇罐100处于密封状态，乙醇供应模块2长时间抽取乙醇造成乙醇罐100内出现真空，加上海水对乙醇罐施加的压力，使乙醇供应模块2无法从乙醇供应模块2抽出乙醇。因此通过乙醇增压模块3向乙醇罐100内加注氮气，使乙醇罐100的内外压差保持平衡，以便于乙醇供应模块2抽取乙醇。

实施例2

本发明提供一种适用于闭式循环汽轮机的燃料系统，如图1所示，燃料系统包括：乙醇储罐模块1、乙醇供应模块2和乙醇增压模块3；乙醇储罐模块1包括至少一个乙醇罐100，乙醇储罐模块1设置在潜艇的耐压艇体与非耐压艇体之间，乙醇储罐模块1以存储乙醇，并向乙醇供应模块2提供乙醇；乙醇供应模块2设置在耐压艇体内，并向外部的燃烧模块提供定压定量的乙醇；乙醇增压模块3设置在耐压艇体内，乙醇增压模块3与乙醇储罐模块1相连接，以对乙醇储罐模块1的乙醇进行加压。

如图2所示，乙醇储罐模块1包括：多个乙醇罐100、多根输送管110、燃料管120和第一单向阀130；多个乙醇罐100通过多个输送管110串联连接；燃料管120的一端设有第一单向阀130，燃料管120的另一端与输送管110相连通。

在加注乙醇时打开第一单向阀130，乙醇通过燃料管120和多根输送管110从而将乙醇罐100内充满乙醇，加注完成后关闭第一单向阀130，防止外部的海水进入乙醇罐100内。

乙醇罐100为承压容积，承受的压力大于3mpa，在乙醇增压模块3失效时，保证乙醇供应模块2可以在一段时间内从乙醇罐100继续抽取乙醇，确保潜艇能浮出水面。

乙醇罐100为细长形的储罐组成，储罐均匀布置于潜艇耐压艇体和非耐压艇体中间的舷间空间，节省艇内的空间，降低燃料系统的重量。

如图3所示，乙醇供应模块2包括：燃油泵200、低压油管210和高压油管220；燃料管120连通低压油管210，低压油管210通过燃油泵200加压向高压油管220输送乙醇；高压油管220向外部的燃烧系统输送乙醇。

燃油泵200可以采用柱塞泵或者齿轮泵，根据流量计10的反馈，调整泵的转速或者齿条位置，将燃油流量控制在设计值。通过燃油泵200对乙醇进行加压从而向外部的燃烧系统输送定压、定量的乙醇。

如图4所示，乙醇增压模块3包括：第二单向阀300、多个氮气罐310、减压阀320和氮气管330；第二单向阀300、多个氮气罐310和减压阀320依次设置在氮气管330上，氮气管330与乙醇罐100相连通；第二单向阀300以防止氮气逆向流动；减压阀320用以控制氮气罐310的出口压力。

在加注氮气时打开第二单向阀300，通过氮气管330将氮气输送到氮气罐310内，加注完成后关闭第二单向阀300防止氮气泄露，减压阀320控制进入乙醇罐100内的氮气压力，使乙醇罐100内的压差保持平衡以适应不同深度的潜深环境。

此外乙醇增压模块3除了使乙醇罐100内的压差保持平衡之外，还可以对乙醇罐100内的乙醇进行加压，使乙醇罐内的乙醇通过低压油管210进入到燃油泵200，降低了燃油泵200吸取乙醇的功率，以及燃油泵200对乙醇加压所需的功率，防止出现气蚀现象。

实施例3

本发明提供一种适用于闭式循环汽轮机的燃料系统，如图1所示，燃料系统包括：乙醇储罐模块1、乙醇供应模块2和乙醇增压模块3；乙醇储罐模块1包括至少一个乙醇罐100，乙醇储罐模块1设置在潜艇的耐压艇体与非耐压艇体之间，乙醇储罐模块1以存储乙醇，并向乙醇供应模块2提供乙醇；乙醇供应模块2设置在耐压艇体内，并向外部的燃烧模块提供定压定量的乙醇；乙醇增压模块3设置在耐压艇体内，乙醇增压模块3与乙醇储罐模块1相连接，以对乙醇储罐模块1的乙醇进行加压。

如图5所示，氮气管330设有第一排气口3301和第二排气口3302，第一排气口3301位于减压阀320的后端，第二排气口3302位于氮气罐310的前端；第一排气口3301与第二排气口3302通过排气管4相连通；排气管4设有调节阀400、缓存管和控制阀420；调节阀400以调节乙醇罐100内的压力；缓存罐410以存储乙醇罐100排出的氮气；控制阀420以控制缓存罐410内氮气的排出。

当乙醇罐100内的氮气压力较大时，打开调节阀400关闭控制阀420，多余的氮气从乙醇罐100内通过调节阀400进入到缓存罐410内，当乙醇罐100内的压力保持平衡时关闭调节阀400，在加注氮气之前，打开控制阀420和第二单向阀300释放缓存罐410内的氮气。

在本发明的一些实施例中，如图5所示，第二排气口3302与氮气罐310之间设有球阀340，球阀340亦可用于流体的调节与控制，其中硬密封v型球阀其v型球芯与堆焊硬质合金的金属阀座之间具有很强的剪切力，特别适用于含纤维、微小固体颗料等的介质。而多通球阀在管道上不仅可灵活控制介质的合流、分流、及流向的切换，同时也可关闭任一通道而使另外两个通道相连。本类阀门在管道中一般应当水平安装。球阀分类:气动球阀，电动球阀，手动球阀。在此不对球阀340的类型进行限制。球阀340以密封氮气罐310，防止在排放缓存罐410内的氮气时，氮气罐310内的氮气一同排出。

实施例4

本发明提供一种适用于闭式循环汽轮机的燃料系统，如图1所示，燃料系统包括：乙醇储罐模块1、乙醇供应模块2和乙醇增压模块3；乙醇储罐模块1包括至少一个乙醇罐100，乙醇储罐模块1设置在潜艇的耐压艇体与非耐压艇体之间，乙醇储罐模块1以存储乙醇，并向乙醇供应模块2提供乙醇；乙醇供应模块2设置在耐压艇体内，并向外部的燃烧模块提供定压定量的乙醇；乙醇增压模块3设置在耐压艇体内，乙醇增压模块3与乙醇储罐模块1相连接，以对乙醇储罐模块1的乙醇进行加压。

在本发明的一些实施例中，如图6所示，还包括：蓄能器230；蓄能器230是液压气动系统中的一种能量储蓄装置。当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，以保证整个系统压力正常。蓄能器230与高压油管220连通，以消除高压油管220内的波动。其中，蓄能器230有弹簧式、活塞式等，在此不对蓄能器230的类型以及功率进行限制。

在本发明的一些实施例中，如图6所示，还包括：溢流阀240；在液压设备中主要起定压溢流，稳压，系统卸荷和安全保护作用。溢流阀240设置在高压油管220和低压油管210之间，以调节高压油管220内的压力。

通过溢流阀240将燃料压力控制在8—10兆帕之间的设计压力，燃料压力建立后，开启燃料供应电磁阀，高压燃料喷入4—7兆帕的高压燃烧室进行燃烧，可以通过蓄能器230消除燃料泵送带来的压力波动，保持燃料压力恒定，满足燃料喷射器的压力要求。

在本发明的一些实施例中，如图6所示，还包括：安全阀11；安全阀是启闭件受外力作用下处于常闭状态，当设备或管道内的介质压力升高超过规定值时，通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值的特殊阀门。安全阀11与高压油管220连通，以防止高压油管220内乙醇的压力超出阈值。

实施例5

本发明提供一种适用于闭式循环汽轮机的燃料系统，如图1所示，燃料系统包括：乙醇储罐模块1、乙醇供应模块2和乙醇增压模块3；乙醇储罐模块1包括至少一个乙醇罐100，乙醇储罐模块1设置在潜艇的耐压艇体与非耐压艇体之间，乙醇储罐模块1以存储乙醇，并向乙醇供应模块2提供乙醇；乙醇供应模块2设置在耐压艇体内，并向外部的燃烧模块提供定压定量的乙醇；乙醇增压模块3设置在耐压艇体内，乙醇增压模块3与乙醇储罐模块1相连接，以对乙醇储罐模块1的乙醇进行加压。

在本发明的一些实施例中，如图7所示，还包括：液压阀5；液压阀5分别与燃料管120、输送管110和低压油管210相连通；液压阀5控制燃料管120与输送管110的通断，以及输送管110和低压油管210的通断。液压阀5通过液压控制阀420门的开关、开启方向、开度等，当汽轮机正常工作时阀门正向开启，当加注燃油时，阀门反向开启。

在本发明的一些实施例中，如图7所示，还包括：放油阀6；放油阀6利用外加设备形成的真空吸力，将各类发动机、波箱、差速器等等设备中的使用过的润滑油排放出来的单向阀体。放油阀6与燃料管120连通，通过放油阀6对乙醇罐100的乙醇进行取样。放油阀6可以放出部分燃料乙醇，用于流量计10标定、燃料取样化验等功能。

实施例6

本发明提供一种适用于闭式循环汽轮机的燃料系统，如图1所示，燃料系统包括：乙醇储罐模块1、乙醇供应模块2和乙醇增压模块3；乙醇储罐模块1包括至少一个乙醇罐100，乙醇储罐模块1设置在潜艇的耐压艇体与非耐压艇体之间，乙醇储罐模块1以存储乙醇，并向乙醇供应模块2提供乙醇；乙醇供应模块2设置在耐压艇体内，并向外部的燃烧模块提供定压定量的乙醇；乙醇增压模块3设置在耐压艇体内，乙醇增压模块3与乙醇储罐模块1相连接，以对乙醇储罐模块1的乙醇进行加压。

在本发明的一些实施例中，如图8所示，还包括：第一压力传感器7；

第一压力传感器7与氮气罐310相连通，以检测减压阀320输出的氮气压力，当输出的氮气压力较小时增加减压阀320输出的氮气压力，当输出的氮气压力较大时减小减压阀320输出的氮气压力，使减压阀320输出的氮气满足工作要求。

在本发明的一些实施例中，如图9所示，还包括：第二压力传感器8；第二压力传感器8与高压油管220连通，以检测高压油管220内的压力。

通过第二压力传感器8实时监测高压油管220内乙醇的压力，当压力出现异常时即使反馈到驾驶舱，防止造成不可挽回的损失。

在本发明的一些实施例中，如图9所示，还包括：温度传感器9；

温度传感器9与高压油管220连通，以检测高压油管220内乙醇的温度。

在本发明的一些实施例中，如图9所示，还包括：流量计10；

流量计10与高压油管220连通，以检测高压油管220内乙醇的流量。

液体受温度影响造成不同温度下密度不同，通过温度传感器9检测乙醇的温度，通过流量计10检测乙醇的单位时间内通过的流量，从而得到乙醇的消耗情况。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，燃料管120伸出潜艇的耐压艇体，燃料管120与潜艇的耐压艇体的间隙进行密封、氮气管330伸出潜艇的耐压艇体，氮气管330与潜艇的耐压艇体的间隙进行密封防止海水进入到潜艇内部。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

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