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

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

Известна обеспечивающая динамическую рекуперацию энергии "Система утилизации энергии гидравлического потока, возникающего при движении судна" (ФРГ, патент DE 3109121 A1, М. Кл.⁵ В 63 J 3/00, 1982), содержащая электрогенератор, турбину, установленную в трубопроводе, расположенном вдоль продольной оси симметрии судна и снабженном размещенными в днище судна водозаборным отверстием и выходным патрубком.

Однако конструкция прототипа обладает рядом недостатков:
1. Турбина внутри трубопровода ничем не защищена от повреждения, например, осколками льда или иными плавающими твердыми предметами, поэтому вся система имеет низкую эксплуатационную надежность, что отрицательно влияет на безопасность мореплавания.

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

3. Наличие внутри трубопровода турбины для отбора энергии у потока воды существенно снижает скорость этого потока, уменьшая коэффициент полезного действия (КПД) прототипа, и создает дополнительные шумы при работе.

4. 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.

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

6. Размещение выходного патрубка в днище судна не позволяет реализовать свойство обратимости работы турбины и использовать прототип как независимый движитель судна, чем лишает всю систему универсальных качеств.

Задача, на решение которой направлено изобретение "Судовая гидроэнергетическая установка" (СГЭУ), состоит в повышении надежности, экономичности, снижении выброса вредных веществ в атмосферу, исключении шумов при работе, придании установке универсальных свойств и, как следствие, в росте КПД и эффективности ее работы путем устранения перечисленных выше недостатков.

Это достигается тем, что в СГЭУ, содержащей электрогенератор, трубопровод, расположенный вдоль продольной оси симметрии судна и снабженный водозаборным отверстием и выходным патрубком, в качестве электрогенератора используется по меньшей мере один магнитогидродинамический генератор (МГД-генератор), нанизанный на трубопровод, который снабжен дополнительным водозаборным отверстием, при этом оба отверстия размещены симметрично по левому и правому борту в носовой части, а выходной патрубок размещен в кормовой части судна. Кроме того, водозаборные отверстия могут быть разделены рулевым устройством.

На чертеже изображена схема СГЭУ на судне в разрезе.

СГЭУ содержит по меньшей мере один МГД-генератор 1, нанизанный на трубопровод 2, расположенный вдоль продольной оси симметрии судна и снабженный водозаборными отверстиями 3, размещенными симметрично по левому и правому борту в носовой части, и выходным патрубком 4, размещенным в кормовой части судна. Кроме того, водозаборные отверстия 3 могут быть разделены рулевым устройством 5.

СГЭУ работает следующим образом.

При движении судна часть набегающего потока морской воды поступает в трубопровод 2 через водозаборные отверстия 3 и под давлением скоростного напора набегающего потока движется к выходному патрубку 4. Поскольку давление воды в кормовой части судна понижено, то у выходного патрубка 4 создается разрежение, приводящее к еще большему росту скорости потока внутри трубопровода 2, которая становится выше, чем скорость за бортом судна. МГД-генератор 1, потребляя энергию от потока электропроводной морской воды, проходящей внутри трубопровода 2, вырабатывает 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 МГД-генераторе, СГЭУ можно использовать как независимый судовой движитель, что придает ей новое качество - универсальность.

Использование МГД-генератора позволяет исключить из известной конструкции уязвимый механический элемент - турбину и увеличить КПД и эффективность эксплуатации СГЭУ за счет оптимизации условий отбора энергии у потока электропроводной морской воды. При этом одновременно радикально улучшается эксплуатационная надежность работы СГЭУ и безопасность мореплавания, практически исключаются шумы в работе.

Кроме того, отсутствие механических помех потоку внутри трубопровода (у прототипа обусловленных наличием турбины) позволяет использовать одновременно несколько МГД-генераторов, например, для достижения требуемой выходной мощности, тогда как у прототипа такое простое наращивание количества турбин приведет к дополнительному уменьшению потока воды в трубопроводе и к падению КПД СГЭУ.

Именно размещение выходного патрубка в кормовой части, а водозаборных отверстий в носовой части судна не только позволяет осуществить отбор воды перед носовой частью судна для уменьшения волнового сопротивления движению судна, но и 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 СГЭУ универсальные свойства.

Размещение выходного патрубка именно в кормовой части судна позволяет, кроме всего прочего, использовать СГЭУ как независимый движитель судна ввиду обратимости процессов в МГД-генераторе, благодаря чему реализуется новое качество установки - универсальность.

Таким образом, новым техническим результатом является повышение безопасности мореплавания, экономичность, снижение выброса вредных веществ в атмосферу, исключение шумов при работе, универсальность в эксплуатации и, как следствие всего перечисленного, рост КПД и эффективности работы СГЭУ.

Повышение безопасности мореплавания достигается за счет улучшения надежности эксплуатации СГЭУ благодаря исключению из конструкции уязвимого механического движущегося элемента - гидравлической турбины.

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

СГЭУ 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 СГЭУ, например, на парусных судах.

Исключение шумов при работе обусловлено отсутствием механических помех потоку воды внутри трубопровода.

Универсальность в эксплуатации проявляется в том, что СГЭУ может выполнять дополнительные функции - независимого рулевого устройства и независимого движителя судна.

Изобретение относится к судостроению и позволяет обеспечить динамическую рекуперацию энергии гидравлического потока на морских судах, включая парусные. Судовая гидроэнергетическая установка содержит магнитогидродинамический генератор, нанизанный на трубопровод, расположенный вдоль продольной оси симметрии судна. Трубопровод снабжен двумя водозаборными отверстиями, размещенными симметрично по левому и правому борту в носовой части судна. Выходной патрубок расположен в кормовой части судна. Водозаборные отверстия разделены рулевым устройством. Достигается повышение безопасности мореплавания, экономичность, снижение выброса вредных веществ в атмосферу, исключение шумов при работе, универсальность в эксплуатации, рост КПД и эффективности работы установки. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Судовая гидроэнергетическая установка, содержащая электрогенератор, трубопровод, расположенный вдоль продольной оси симметрии судна и снабженный водозаборным отверстием и выходным патрубком, отличающаяся тем, что в качестве электрогенератора установка содержит по меньшей мере один магнито-гидродинамический генератор, нанизанный на трубопровод, снабженный дополнительным водозаборным отверстием, при этом оба отверстия размещены симметрично по левому и правому борту в носовой части, а выходной патрубок размещен в кормовой части судна. 2. Судовая гидроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что водозаборные отверстия разделены рулевым устройством.