СУДОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2000 года по МПК B63H21/17 B63J3/00 

Изобретение относится к судостроению, в частности к судовым энергетическим установкам.

Известна обеспечивающая динамическую рекуперацию энергии "Система утилизации энергии гидравлического потока, возникающего при движении судна" (ФРГ, патент DE 3109121 A 1, М. Кл.⁵ B 63 J 3/00, 1982), содержащая электрогенератор, турбину, размещенную в трубопроводе, расположенном вдоль продольной оси симметрии судна и снабженным размещенными в днище судна водозаборным отверстием и выходным патрубком.

Однако конструкция прототипа обладает рядом недостатков.

1. Энергия для работы прототипа отбирается у главного двигателя судна, что повышает расход топлива и, соответственно, выброс вредных веществ в атмосферу.

2. Размещение водозаборного отверстия и выходного патрубка в днище судна ограничивает разницу давлений на входе и выходе трубопровода, что, в свою очередь, снижает скорость потока воды внутри трубопровода и ограничивает его мощность.

3. Только одно водозаборное отверстие в днище судна не обеспечивает оптимальных условий для входа воды в трубопровод и имеет маленькую площадь для скоростного напора.

4. Размещение выходного патрубка в днище судна не позволяет реализовать свойство обратимости работы турбины и использовать прототип в качестве независимого движителя судна, чем лишает всю систему универсальных качеств.

Задача, на решение которой направлено изобретение "Судовая энергетическая установка" (СЭУ), состоит в повышении экономичности, снижении выброса вредных веществ в атмосферу, придании устройству универсальных свойств и, как следствие, в росте КПД и эффективности ее работы путем устранения перечисленных выше недостатков.

Это достигается тем, что в СЭУ, содержащей электрогенератор, включающий ротор и статор, трубопровод, расположенный вдоль продольной оси симметрии судна и снабженный водозаборным отверстием и выходным патрубком, ротор электрогенератора выполнен в виде полого цилиндра с размещенными в нем лопатками и заглубленного в соответствующий цилиндрический паз в стенке трубопровода, снабженного дополнительным водозаборным отверстием, при этом оба отверстия размещены симметрично по левому и правому борту в носовой части, выходной патрубок размещен в кормовой части судна, а статор электрогенератора нанизан на трубопровод в месте нахождения паза. Кроме того, водозаборные отверстия могут быть разделены рулевым устройством.

На чертеже изображена схема СЭУ на судне в разрезе.

СЭУ содержит электрогенератор, включающий ротор 1 и статор 2, трубопровод 3, расположенный вдоль продольной оси симметрии судна и снабженный водозаборными отверстиями 4 и выходным патрубком 5, ротор 1 электрогенератора выполнен в виде полого цилиндра с размещенными в нем лопатками 6 и заглубленного в соответствующий цилиндрический паз 7 в стенке трубопровода 3, при этом оба отверстия 4 размещены симметрично по левому и правому борту в носовой части, выходной патрубок 5 размещен в кормовой части судна, а статор 2 электрогенератора нанизан на трубопровод 3 в месте нахождения паза 7. Кроме того, водозаборные отверстия 4 могут быть разделены рулевым устройством 8.

СЭУ работает следующим образом.

При движении судна набегающий поток воды поступает в трубопровод 3 через водозаборные отверстия 4 и движется к выходному патрубку 5. Поскольку давление воды в кормовой части судна понижено, то у выходного патрубка 5 создается разрежение, приводящее к росту скорости потока внутри трубопровода 3, которая становится выше, чем скорость за бортом судна. Ротор 1, заглубленный в соответствующем пазе 7 трубопровода 3, под воздействием водного потока, набегающего на лопатки 6, вращается и вырабатывает в статоре 2 электрический ток, обеспечивая динамическую рекуперацию энергии, которая затем поступает к потребителям на судне (аккумуляторы, преобразователи, опреснители, холодильники, навигационное, радиолокационное, связное и иное электрооборудование, вычислительная техника, системы освещения, жизнеобеспечения и прочие). При этом, водозаборные отверстия могут быть разделены рулевым устройством, которое позволяет улучшить маневренность судна за счет перераспределения отбора воды между его бортами. Кроме того, подавая электрическую энергию, например, от аккумуляторов, благодаря обратимости процессов в электрогенераторе, СЭУ можно использовать как независимый судовой движитель, что придает ей новое качество - универсальность.

Именно размещение выходного патрубка в кормовой части обеспечивает уменьшение разности давлений между окружающей средой и кормой судна, благодаря чему уменьшается масса попутного потока воды (обусловленного разрежением в корме судна), что приводит к уменьшению общего гидродинамического сопротивления судна и дополнительному уменьшению расходуемой энергии главного двигателя.

Наличие двух водозаборных отверстий именно в носовой части судна не только обеспечивает оптимальные условия для входа воды в трубопровод, но и создает большую площадь для набегающего потока воды, что, в свою очередь, позволяет осуществить ее отбор перед носовой частью судна и снизить волновое сопротивление движению, на преодоление которого, как известно, расходуется основная часть энергии главного двигателя судна. Кроме того, именно два водозаборных отверстия можно разделить рулевым устройством, которое позволит улучшить маневренность судна, придавая СЭУ универсальные свойства.

Кроме того, уменьшение механических помех потоку внутри трубопровода (у прототипа обусловленных наличием в турбине вала для передачи вращения ротору электрогенератора и ступицы для крепления лопаток) позволяет дополнительно уменьшить сопротивление потоку воды в трубопроводе и повысить КПД СЭУ.

Размещение выходного патрубка именно в кормовой части судна позволяет использовать СЭУ как независимый движитель судна ввиду обратимости работы электрогенератора, благодаря чему реализуется новое качество установки - универсальность.

Таким образом, новым техническим результатом является экономичность, снижение выброса вредных веществ в атмосферу, универсальность в эксплуатации и, как следствие всего перечисленного, рост КПД и эффективности работы СЭУ.

Экономичность, т.е. уменьшение общего расхода топлива (и, как следствие, существенное уменьшение выброса в атмосферу вредных веществ) достигается за счет:
- динамической рекуперации энергии, реализуемой СЭУ;
- снижения волнового сопротивления судна;
- уменьшения массы попутного потока воды за кормой судна.

СЭУ позволяет дополнительно снизить выброс вредных веществ в атмосферу, который в настоящее время существует на всех судах при работе судовых дизельных генераторов либо полностью исключить его при использовании СЭУ, например, на парусных судах.

Универсальность в эксплуатации проявляется в том, что СЭУ может выполнять дополнительные функции:
- независимого рулевого устройства;
- независимого движителя судна.

Изобретение относится к судостроению и позволяет обеспечить динамическую рекуперацию энергии гидравлического потока на любых судах, включая парусные. Судовая энергетическая установка содержит электрогенератор, ротор которого выполнен в виде полого цилиндра с размещенными в нем лопатками и заглубленного в цилиндрический паз в стенке трубопровода, расположенного вдоль продольной оси симметрии судна. Трубопровод имеет два водозаборных отверстия, размещенных симметрично по левому и правому борту в носовой части судна. Выходной патрубок трубопровода размещен в кормовой части судна. Статор электрогенератора нанизан на трубопровод в месте нахождения паза. Водозаборные отверстия разделены рулевым устройством. Достигается экономичность, снижение выброса вредных веществ в атмосферу, универсальность в эксплуатации, рост КПД и эффективность работы судовой энергетической установки. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Судовая энергетическая установка, содержащая электрогенератор, включающий ротор и статор, трубопровод, расположенный вдоль продольной оси симметрии судна и снабженный водозаборным отверстием и выходным патрубком, отличающаяся тем, что ротор электрогенератора выполнен в виде полого цилиндра с размещенными в нем лопатками и заглубленного в соответствующий цилиндрический паз в стенке трубопровода, снабженного дополнительным водозаборным отверстием, при этом оба отверстия размещены симметрично по левому и правому борту в носовой части, выходной патрубок размещен в кормовой части судна, а статор электрогенератора нанизан на трубопровод в месте нахождения паза. 2. Судовая энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что водозаборные отверстия разделены рулевым устройством.