СУДНО Российский патент 1998 года по МПК B63B1/38 

Изобретение относится к области судостроения, а именно к судам с воздушной каверной на днище.

Известны суда с воздушной каверной на днище, в которых сжатый воздух подается в полость, расположенную в днище корпуса (см. патенты РФ N 2041116, 2051510). В данных конструкциях энергия выхлопных газов главного двигателя не используется.

Известны конструктивные решения по установке турбокомпрессора в газовыхлопном тракте дизеля для утилизации остаточной энергии выхлопных газов, так называемый турбокомпаундный дизель, у которого снимаемая с турбокомпрессора мощность механически подводится к коленчатому валу дизеля (см. нижегородская газета "Биржа+Авто" N 46 от 23 ноября 1995). Однако технические возможности турбокомпрессора никогда не использовались для снижения сопротивления движению транспортного средства, за счет подачи под днище воздушного потока, повышения экологической чистоты акватории.

Известны конструктивные решения по установке управляемого микропроцессором турбокомпрессора дизеля (см. инструкцию по эксплуатации двигателя 16 V 396 TC82 фирмы MTU), однако в контур управления включаются только характеристики дизеля, а не транспортного средства, на котором он установлен.

Известны суда, использующие непосредственную подачу выхлопных газов под днище судна (авт. св. SU 683148 A1, которое взято за прототип). Однако недостатками таких судов являются: проходящие внутри корпуса длинные горячие газовыхлопные трубы, требующие дополнительной теплоизоляции, увеличивающей вес конструкции; ввиду непосредственного контакта выхлопных газов с водой - нарушение экологической чистоты окружающего водного пространства.

Цель изобретения - повышение экологической чистоты водной среды вокруг движущегося судна, при использовании остаточной энергии выхлопных газов главного двигателя внутреннего сгорания, для снижения сопротивления движению судна за счет создания воздушной каверны, уменьшение тепловыделения от трубопровода выхлопных газов внутри корпуса судна, а также оптимизация подачи воздуха под днище в зависимости от скорости движения судна, что обеспечивает уменьшение нагрузки на главный двигатель и снижение расхода топлива.

Данная цель достигается за счет установки на трубопроводе выхлопных газов главного двигателя турбонагнетателя, сжатый воздух после которого направляется по воздухопроводу в воздушную полость под днищем корпуса судна. Для оптимизации подачи воздуха в зависимости от скорости судна турбонагнетатель может быть выполнен управляемым от микропроцессора. В этом случае турбонагнетатель оборудуется датчиком оборотов и управляющей заслонкой с исполнительным механизмом, которая по сигналам от микропроцессора в зависимости от скорости судна и оборотов главного двигателя позволяет регулировать подачу на турбонагнетатель необходимого количества выхлопных газов. Судно оборудуется лагом, на главный двигатель устанавливается датчик оборотов и исполнительный механизм регулятора оборотов, которые электрически связаны с микропроцессором. При этом возможно программирование в микропроцессоре взаимозависимости подачи воздуха, скорости судна и оборотов главного двигателя.

На фиг.1 условно изображено сечение судна по ДП, с установкой на трубопроводе выхлопных газов турбонагнетателя; на фиг.2 - сечение судна по ДП, с управляемым от микропроцессора турбонагнетателем; на фиг.3, 4, 5 - три положения управляющей заслонки турбонагнетателя.

Предлагаемая конструкция судна состоит из корпуса 1, под днищем 2 которого имеется полость 3. В трубопроводе выхлопных газов 4 главного двигателя 5 установлен турбонагнетатель 6, сжатый воздух после которого направляется по воздухопроводу 7 в воздушную полость 3, а его всасывающий воздуховод 8 соединен с атмосферой. Трубопровод выхлопных газов 9 после турбонагнетателя 6 имеет свободный выход в атмосферу. Для оптимизации подачи воздуха в зависимости от скорости судна турбонагнетатель 6 может быть выполнен управляемым от микропроцессора 10. В этом случае турбонагнетатель 6 оборудован датчиком оборотов 11 и управляющей заслонкой 12 с исполнительным механизмом 13, которая по сигналам от микропроцессора 10 в зависимости от скорости судна и оборотов главного двигателя позволяет регулировать подачу на турбонагнетатель необходимого количества выхлопных газов. Трубопровод выхлопных газов выполнен с двумя ветвями 14и 15, выходящими из корпуса упомянутой заслонки, и с одной ветвью 4, подходящей к этой заслонке. Судно оборудовано лагом 16, на главный двигатель установлен датчик оборотов 17 и исполнительный механизм регулятора оборотов 18, которые электрически связаны с установленным микропроцессором 10. При этом осуществлено программирование в микропроцессоре взаимозависимости подачи воздуха, скорости судна и оборотов главного двигателя. Микропроцессор, получая сигналы от датчика оборотов турбонагнетателя, датчика оборотов главного двигателя и лага судна, осуществляет выдачу по заданной программе управляющих сигналов на исполнительные механизмы регулятора оборотов главного двигателя и управляющей заслонки.

Предлагаемое судно эксплуатируется следующим образом.

После запуска главного двигателя 5 выхлопные газы по трубопроводу 4 направляются в турбонагнетатель 6, раскручивая лопатки его турбины. После турбонагнетателя выхлопные газы выбрасываются в атмосферу по трубопроводу 9. Засасываемый из атмосферы воздух, поступающий по воздуховоду 8 сжимается компрессором турбонагнетателя и по воздуховоду 7 поступает в полость 3. Так как при определенных сочетаниях водоизмещения судна и мощности главного двигателя не всегда целесообразно подавать максимальное количество воздуха от турбонагнетателя 6 в полость 3 при максимальных оборотах главного двигателя 5, то возможна установка микропроцессора 10, управляющей заслонки 12 с исполнительным механизмом 13. В этом случае сигналы от датчика оборотов 17 главного двигателя 5, датчика оборотов 11 турбонагнетателя 6 и лага 16 обрабатываются в микропроцессоре 10 по заданной программе.

В соответствии с этой программой микропроцессор 10 выдает управляющие сигналы на исполнительный механизм 13 управляющей заслонки 12 и на исполнительный механизм регулятора оборотов 18 главного двигателя 5. Управляющая заслонка 12 плавно распределяет поток выхлопных газов главного двигателя 5, увеличивая или уменьшая обороты турбонагнетателя 6, соответственно увеличивая или уменьшая количество поступающего воздуха в полость 3. При малых оборотах главного двигателя 5 заслонка 12 находится в положении, изображенном на фиг.3, полностью перекрывая выхлопным газам вход в турбонагнетатель 6. В этом случае воздух в полость 3 не подается.

По мере роста оборотов главного двигателя 5 и скорости судна управляющая заслонка 12 по сигналам от лага 16 плавно перемещается в положение, изображенное на фиг.4. В этом положении весь поток выхлопных газов поступает в турбонагнетатель 6 и соответственно количество воздуха, подающегося в полость 3, максимально.

По мере дальнейшего роста оборотов главного двигателя 5 и скорости судна управляющая заслонка 12 плавно перемещается в соответствии с заданной программой в положение, изображенное на фиг.5. В этом случае большая часть потока выхлопных газов проходит через турбонагнетатель 6, а часть - в обход него по ветви 14. Конструктивно заслонка 12 выполнена таким образом, что при любом ее положении общее проходное сечение двух выходящих из ее корпуса ветвей 14 и 15 трубопроводов выхлопных газов должно быть не меньше сечения подходящей ветви 4 трубопровода.

Неожиданным результатом данного решения оказывается то, что при использовании энергии выхлопных газов двигателя добиваемся экологической чистоты акватории, чего в решении по авт. свид. N 683148 достичь не удается.

Одной из отличительных особенностей данного решения является то, что оно позволяет оптимизировать подачу воздуха под днище в зависимости от скорости движения судна, что обеспечивает уменьшение нагрузки на главный двигатель и снижение расхода топлива.

Предлагаемое техническое решение может быть промышленно применено. Проведенные практические эксперименты доказали возможность промышленного использования. Использование планируется осуществить на проекте N 19880 "Шаттл", разработанном "Бюро скоростных судов", и намеченным к строительству в 1997 году на судостроительном предприятии Нижегородской области. Промышленная применимость данного судна с воздушной каверной позволит повысить его эффективность и конкурентоспособность по сравнению со строящимися в настоящее время судами этого типа.

Перечисленные признаки отличают заявляемое техническое решение от прототипа и обуславливают соответствие этого решения требованиям изобретения.

Использование: изобретение относится к судостроению и касается конструирования судов с воздушной каверной на днище. Сущность изобретения заключается в том, что у судна, содержащего корпус, в днище которого образована полость, и установленный в корпусе главный двигатель внутреннего сгорания, имеющий трубопровод выхлопных газов для их отвода, в этом трубопроводе установлен турбонагнетатель, всасывающий воздухопровод которого сообщен с атмосферой, его напорный воздуховод - с днищевой полостью, а трубопровод выхлопных газов после турбонагнетателя свободно сообщен с атмосферой. На главном двигателе внутреннего сгорания могут быть установлены исполнительный механизм регулятора оборотов главного двигателя и датчик этих оборотов, в трубопроводе выхлопных газов между этим главным двигателем и турбонагнетателем может быть установлена плавно регулируемая управляющая заслонка с исполнительным механизмом, турбонагнетатель может оборудоваться датчиком оборотов, на судне могут быть установлены лаг и микропроцессор, а с последним могут быть электрически связаны датчик оборотов турбонагнетателя, исполнительный механизм упомянутой заслонки, датчик оборотов главного двигателя внутреннего сгорания, исполнительный механизм регулятора оборотов главного двигателя и лаг судна. У такого судна трубопровод выхлопных газов целесообразно выполнять с двумя ветвями, выходящими из корпуса упомянутой заслонки, и с одной ветвью, подходящей к этой заслонке, причем общее проходное сечение двух выходящих ветвей не меньше сечения подходящей ветви при любом положении упомянутой заслонки. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Судно, содержащее корпус, в днище которого образована полость, и установленный в корпусе главный двигатель внутреннего сгорания, имеющий трубопровод выхлопных газов для их отвода, отличающееся тем, что в трубопроводе выхлопных газов установлен турбонагнетатель, всасывающий воздухопровод которого сообщен с атмосферой, его напорный воздухопровод - с днищевой полостью, а трубопровод выхлопных газов после турбонагнетателя свободно сообщен с атмосферой,
2. Судно по п.1, отличающееся тем, что на главном двигателе внутреннего сгорания установлены исполнительный механизм регулятора оборотов главного двигателя и датчик этих оборотов, в трубопроводе выхлопных газов между этим главным двигателем и турбонагнетателем установлена плавно регулируемая управляющая заслонка с исполнительным механизмом, турбонагнетатель оборудован датчиком оборотов, на судне установлены лаг и микропроцессор, а с последним электрически связаны датчик оборотов турбонагнетателя, исполнительный механизм упомянутой заслонки, датчик оборотов главного двигателя внутреннего сгорания, исполнительный механизм регулятора оборотов главного двигателя и лаг судна. 3. Судно по п.2, отличающееся тем, что трубопровод выхлопных газов выполнен с двумя ветвями, выходящими из корпуса упомянутой заслонки, и с одной ветвью, подходящей к этой заслонке, причем общее проходное сечение двух выходящих ветвей не меньше сечения подходящей ветви при любом положении упомянутой заслонки.