УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ, ВЫРАБАТЫВАЕМОЙ ГЛАВНЫМ ИСТОЧНИКОМ ЭНЕРГИИ СУДНА Российский патент 1999 года по МПК B63H21/21 

Изобретение относится к устройству управления для достижения оптимального использования энергии, которую вырабатывает главный источник энергии судна, причем возможны преобразование этой энергии в электрическую энергию с помощью генератора и ее подача через линию электроснабжения по меньшей мере к одному первому двигателю, который обеспечивает срабатывание первого устройства для движения судна в продольном направлении, и возможно по меньшей мере к одному второму двигателю, который обеспечивает срабатывание второго устройства для движения судна в поперечном направлении вместе с возможными дополнительными двигателями для обеспечения срабатывания дополнительных устройств на борту судна.

Из патента США N 5199912 (на имя Дейда) известно, что двигатель судна может обеспечить срабатывание электрического генератора, который в свою очередь обеспечивает срабатывание электродвигателя для работы гребного винта.

Из периодического издания MER за август 1994 г. известна система мониторинга и предупреждения (Vosper Vicam) для главного двигателя судна, электрических генераторов, устройств по распределению электрической энергии и топлива, кондиционирования воздуха, откачки воды и для систем тушения пожара.

Из патента Норвегии N 170722 (на имя Джонсена) известны способы и устройства для мониторинга оптимальной работы гребных винтов с регулируемым шагом для использования, например, вместе с автоматическими навигационными системами, если плавание осуществляется вдоль каких-то конкретных маршрутов плавания. Расположенные на валу гребного винта динамометрические датчики посылают импульсы в компьютер, который регулирует выходную мощность двигателя и шаг гребного винта.

Из авторского свидетельства Советского Союза N 856894 известно, что шаг гребного винта судна с регулируемым шагом можно регулировать в виде функции возмущений в движениях судна и что режим работы нескольких главных двигателей можно регулировать одновременно. Эти возмущения могут быть произвольными или оцениваться заранее. Продолжающиеся возмущения получаем от трансдукторов, которые выдают импульсы, содержащие информацию о вертикальной скорости судна и о первой производной дифферента судна.

Из патента США N 4836809 (на имя Пеллегрино) известно, что на скорость и курс судна можно влиять с помощью двигателей и гребных винтов соответственно.

Из известного уровня техники известно также, что судно может перемещаться вдоль или вращаться вокруг релевантных больших осей с помощью ряда водометов, режим работы которых регулируется индивидуально.

Задачей устройства согласно изобретению является создание устройства известного типа, описанного в введении и которое обеспечивает оптимальное использование энергии, включая, например, тепловую, а также механическую энергию, которую вырабатывает источник энергии на борту судна для всех потребителей энергии судна.

Специфические особенности устройства по изобретению представлены отличительными признаками, суммированными в формуле изобретения.

Ниже изобретение будет описано более детально и с ссылками на чертеж, на котором схематически изображено рабочее соединение между источником энергии и устройствами, которые работают от этого источника, а также электрическая схема управления для источника энергии и устройств, причем компоненты системы обозначены символически и размещены на борту судна.

Следует иметь в виду, что описываемые здесь приводные устройства представлены в качестве примера и что система может содержать большее или меньшее количество устройств, которые будут срабатывать от главного источника энергии, и что она может содержать различное количество двигателей, помимо двух.

Источник энергии состоит из двух главных двигателей, например двух дизельных двигателей 1, 2, каждый из которых приводит в действие свой соответствующий электрический генератор 5, 6 через соответствующие валы 3, 4. Вместо дизельных двигателей можно использовать паровые или газовые турбины, например, или какую-то комбинацию различных типов двигателя.

В соответствии с уже известным уровнем техники не предусматривалось использование отдельных вспомогательных двигателей и для всех технических задач предусматривался только один общий источник энергии. Однако настоящее изобретение можно также использовать и в том случае, если используется гребной винт, который приводится в действие непосредственным образом и механически посредством главных двигателей, а само судно дополнительно имеет ряд вспомогательных двигателей.

Генераторы поставляют электрическую энергию в общую сеть энергоснабжения, которая состоит из линий подачи электроэнергии 8, которые на чертеже обозначены двойной линией.

Например, генераторы поставляют энергию для работы следующих устройств:
- двух пар электрических двигателей 11, 12 и 13, 14 соответственно, каждый из которых посредством коаксиальных валов 15, 16 и 17, 18 соответственно обеспечивает срабатывание своей соответствующей пары гребных винтов с регулируемым шагом 19, 20 и 21, 22 соответственно. Гребные винты в каждой паре гребных винтов или пары гребных винтов могут вращаться в противоположные стороны относительно друг друга, чтобы добиться максимальной степени эффективности в сообщении движения. Можно также предусмотреть возможность установки и использования одиночных гребных винтов с фиксированным или регулируемым шагом или различные водометы;
- пары поперечных гребных винтов 31, 32, которые установлены на корме судна и каждый из которых приводится в действие своим собственным электрическим двигателем 33, 34;
- пары поперечных гребных винтов 36, 37, которые установлены на носовой части судна и каждый из которых приводится в действие своим собственным электрическим двигателем 38, 39. Настоящее изобретение можно также использовать и без поперечных гребных винтов. Однако в этом последнем случае уменьшаются функциональные возможности, особенно в процессе маневрирования;
- пары рулей 41, 42, которые установлены позади каждой пары обеспечивающих движения гребных винтов 19, 20 и 21, 22 и каждый из которых может поворачиваться с помощью его соответствующего рулевого механизма 43, 44. Этот механизм, например, может быть электрогидравлическим. Рули 41, 42 представлены типом, который может оттягиваться или втягиваться в корпус, например, с помощью электрогидравлического оборудования (не показано). Подобным же образом связанные электрические двигатели могут приводиться в действие генераторами.

Отработанное тепло от двигателей 1, 2, движение которого указано стрелками 53, 54, можно использовать для обогрева, опреснения морской воды, абсорбционных холодильных установок и т. д.

Работу двигателей 11-14, 33, 34, 38, 39 можно регулировать по частоте, что дает возможность изменять их скорость вращения.

Кроме того, генераторы 5, 6 могут поставлять электрическую энергию другим устройствам на борту судна (не показаны), например лебедкам, вентиляторам, насосам, обогревателям воды, для освещения и т.д., причем все эти устройства обозначены только одной ссылочной позицией 52.

Для регулирования режима двигателей (1, 2) и подачи энергии к тем устройствам, которые принимают от них энергию, предусмотрено устройство регулирования, которое содержит:
- устройство выдачи импульса на управление маневрированием, которое ниже будет называться устройством маневрирования 45;
- программируемое логическое устройство управления, которое ниже будет называться PLS устройство 46;
- глобальную систему позиционирования 47, которая ниже будет называться системой GP;
- электрическую схему управления, которая через электрические кабели управления 48 связывает главные двигатели 1, 2, генераторы 5, 6 и двигатели 11-14, 33, 34, 38, 39 с упомянутыми выше остальными компонентами устройства управления. На чертеже кабели управления 48 показаны одиночной линией.

Устройство гарантирует, что в любой момент в работе будет находиться правильное количество двигателей, и оно может останавливать или запускать в работу двигатели в зависимости от потребностей в электроэнергии.

Система маневрирования содержит устройство рычага управления 50 типа, который имеет рычаг управления, один конец которого устанавливается через универсальный шарнир и который предназначен для одновременного управления всеми двигателями гребных винтов 11- 14, 33, 34, 38, 39 в процессе маневрирования, чтобы добиться с помощью этого одиночного рычага управления регулируемого движения судна вдоль или вокруг упомянутых выше больших осей, включая разворот судна вокруг любой точки вдоль продольной оси точки.

Устройство маневрирования дополнительно содержит устройство штурвального колеса 51 для управления двигателями руля 42, 43.

При высокой скорости движения рули частично оттягиваются назад для уменьшения гидравлического сопротивления. На судах со сдвоенными гребными винтами, как в описываемом случае, рули могут убираться полностью, благодаря чему управление судном осуществляется посредством изменения подаваемой к двум гребным винтам электроэнергии.

Устройство PLS предназначено для приема информации относительно желаемого движения судна от устройства маневрирования 45 и для координации этой информации с информацией, касающейся фактического движения судна, от системы GP, а возможно также от датчиков и гироскопов (не показаны), и для передачи импульсов управления к двигателям для управления ими на основе программы оптимизации для достижения желаемого движения судна при минимальных затратах энергии.

Устройство также гарантирует втягивание рулей, а в случае использования блоков с несколькими гребными винтами обеспечивает передачу для снабжения энергией управления рулем.

Совместно с информацией от, например, метеорологических спутников и электронных таблиц, и на основе данных относительно движения и т.д. система управления предназначена для управления движением судна к своему пункту назначения по оптимальному маршруту, избегая при этом штормов без риска сесть на мель или столкнуться с другими судами и при минимальном расходе энергии.

Изобретение относится к судостроению, в частности к устройствам управления для достижения оптимального использования энергии, вырабатываемой главным источником энергии судна. Энергия подается в двигатели для движения судна в своем продольном направлении и возможно в двигатели для движения судна в своем поперечном направлении вместе с возможными двигателями для обеспечения срабатывания других устройств на борту судна. Устройство содержит схему электрического управления, которая связывает главный источник энергии, генератор и двигатели с устройством маневрирования, с программируемым логическим устройством управления и возможно с глобальной системой позиционирования. Программируемое логическое устройство управления предназначено для приема информации относительно желаемого движения судна, например, от устройства маневрирования или от глобальной системы позиционирования и для передачи импульсов управления в двигатели для их срабатывания на основе программы оптимизации данных для достижения желаемого движения судна с минимальным потреблением энергии. Достигается управление движением судна к своему пункту назначения по оптимальному маршруту при минимальном расходе энергии. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство управления для достижения оптимального использования энергии, вырабатываемой главным источником энергии судна (1,2), которая преобразуется в электрическую энергию с помощью генератора (5,6) и передается по линейной сети электроснабжения (8) по меньшей мере к одному первому двигателю (11,12,13,14), обеспечивающему срабатывание первого устройства для движения судна в своем продольном направлении, и возможно по меньшей мере к одному второму двигателю (33,34,38,39), который обеспечивает срабатывание второго устройства, для движения судна в своем поперечном направлении, вместе с дополнительными двигателями для обеспечения срабатывания дополнительных устройств на борту судна, отличающееся тем, что имеет схему электрического управления (48), которая связывает главный источник энергии (1,2), генератор (5,6) и двигатели с устройством выдачи импульса управления маневренностью (устройством маневрирования (45)), с программируемым логическим устройством управления (устройством PLS (46)) и с глобальной системой позиционирования (системой GP (47)), при этом устройство PLS (46) выполнено с возможностью приема информации относительно желаемого движения судна от, например, устройства маневрирования (45) или системы GP (47) и для передачи управляющих импульсов в двигатели для срабатывания последних на основе программы данных по оптимизации для достижения желаемого движения судна при оптимальном использовании энергии главного источника энергии в процессе движения и маневрирования. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первое устройство для движения судна выполнено с, по меньшей мере, одной парой обеспечивающих движение гребных винтов (19,20,21,22), приводимых в работу соответствующими коаксиальными валами (15,16,17,18), каждый из которых, в свою очередь, приводится в движение своим соответствующим электрическим двигателем (11,12,13,14). 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что второе устройство для движения судна выполнено, по меньшей мере, с одним пластинчатообразным рулем (41,42), который выполнен с возможностью втягивания в корпус судна. 4. Устройство по любому одному из пп.1 - 3, отличающееся тем, что второе устройство для движения судна выполнено, по меньшей мере, с одним поперечным гребным винтом (31,32,36,37). 5. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что устройство PLS выполнено с возможностью расчета маршрута плавания при оптимальном использовании энергии, имея соответствующий подход к условию площади плавания, морю и погоде. 6. Устройство по любому из пп.1 - 5, отличающееся тем, что устройство маневрирования выполнено с рычагом управления для маневрирования судном с помощью всех гребных винтов и штурвальным колесом для маневрирования судном с помощью руля или изменения энергии в случае использования блока с многими гребными винтами.