СУДОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА НА СЖИЖЕННОМ ПРИРОДНОМ ГАЗЕ Российский патент 2016 года по МПК F02B1/12 F02B7/06 F02M21/02 F02M43/00 

Описание патента на изобретение RU2598478C2

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам и способам питания двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано в качестве систем питания газодизелей судовых энергетических установок с применением альтернативных видов топлива, в частности природного газа.

Известно об экономической эффективности применения сжиженного природного газа (СПГ) для различных видов автотранспорта и энергоснабжения удаленных населенных пунктов (Кириллов Н.Г. СПГ - моторное топливо XXI века. // НефтьГазпромышленность, №3, 2007. - Стр. 44-47).

Известно об экологической эффективности использования природного газа в энергетических установках. Замена традиционных видов моторного топлива (бензина и дизельного топлива) на природный газ позволяет снизить выбросы вредных компонентов отработанных газов в 3-8 раз (Кириллов Н.Г. Природный газ как моторное топливо и экология автомобильного транспорта России. М.: ИРЦ «Газпром», 2003. - Стр. 11-17).

Известен способ питания газодизеля, при котором в качестве основного топлива используют природный газ, а в качестве запальной дозы используют диметиловый эфир в конце такта сжатия под давлением 200-300 бар. Запальную дозу диметилового эфира смешивают с природным газом и дожимают, а затем охлаждают смесь до образования жидкой фазы и подают ее в конце такта сжатия более одного раза за такт (патент РФ №2472013, опубл. 10.01.2013). Однако диметиловый эфир является дорогостоящим видом топлива, а также отсутствует инфраструктура по заправке данным энергоносителем транспортных средств.

Известны способы питания газодизелей, при которых в качестве основного топлива используют природный газ, а дизельное топливо применяют в качестве запальной дозы, составляющей от 8 до 30% по отношению к общему количеству топлива. Такой способ позволяет уменьшить расход дизельного топлива и при общемировой тенденции снижения добычи нефти и, как следствие, увеличения ее цены имеет очевидные преимущества (Генкин К.И. Газовые двигатели. - М.: Машиностроение, 1977. - Стр. 156-167).

Известно устройство двухтопливной системы питания для двигателя внутреннего сгорания, содержащее двигатель внутреннего сгорания, систему управления газодизельным циклом для поддержания оптимального соотношения газа, воздуха и запальной дозы дизельного топлива (патент РФ №2140007, опубл. 20.10.1999). Однако для хранения природного газа используются баллоны высокого давления, что приводит к значительному увеличению веса и массогабаритных характеристик топливной системы.

Известно устройство энергетической установки на сжиженном природном газе, состоящее из двигателя и системы хранения сжиженного природного газа и подачи природного газа в двигатель, включающей в себя резервуар для хранения сжиженного природного газа, испаритель сжиженного природного газа с линией подачи греющей среды, линию поддержания давления в резервуаре для хранения сжиженного природного газа, линию подачи воздуха в двигатель, трубопроводы с запорно-регулирующей арматурой, обеспечивающие подачу природного газа в двигатель и связь между резервуаром, испарителем и двигателем (патент РФ №2208747, опубл. 20.07.2003). Однако данная энергетическая установка не предназначена для ее использования на судне в двухтопливном режиме и не может использовать дизельное топливо как резервный вид топлива в случае отсутствия или невозможности заправки судна сжиженным природным газом.

Технический результат, который может быть получен при применении данного изобретения, заключается в повышении устойчивости и стабильности работы двигателя на газовом топливе, сокращении расхода дорогостоящего дизельного топлива, снижении токсичности выхлопных газов и снижении стоимости эксплуатации судовых энергетических установок, а также использовании дизельного топлива в качестве резервного вида топлива в случае отсутствия или невозможности заправки судна сжиженным природным газом.

Для достижения данного технического результата судовая энергетическая установка на сжиженном природном газе, состоящая из двигателя и системы хранения сжиженного природного газа и подачи природного газа в двигатель, включающей в себя резервуар для хранения сжиженного природного газа, испаритель сжиженного природного газа с линией подачи греющей среды, линию поддержания давления в резервуаре для хранения сжиженного природного газа, линию подачи воздуха в двигатель, трубопроводы с запорно-регулирующей арматурой, обеспечивающие подачу природного газа в двигатель и связь между резервуаром, испарителем и двигателем, снабжена ресивером, расположенным после испарителя, линией отвода отработанных газов двигателя, проходящей через ресивер, газовоздушным смесителем, расположенным между ресивером и двигателем, линией подачи дизельного топлива, обратным клапаном между испарителем и ресивером, редукционным клапаном между ресивером и газовоздушным смесителем, при этом линия поддержания давления в резервуаре для хранения сжиженного природного газа соединяет ресивер и газовую полость резервуара для хранения сжиженного природного газа, а в качестве греющей среды в испаритель подается забортная вода.

Введение в состав судовой энергетической установки на сжиженном природном газе ресивера, расположенного после испарителя, линии отвода отработанных газов двигателя, проходящей через ресивер, смесителя, расположенного между ресивером и двигателем, линии подачи дизельного топлива, обратного клапана между испарителем и ресивером, редукционного клапана между ресивером и газовоздушным смесителем, а также линии поддержания давления в резервуаре для хранения сжиженного природного газа, соединяющей ресивер и газовую полость резервуара для хранения сжиженного природного газа, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности повышения устойчивости и стабильности работы двигателя на переходных режимах за счет использования объема газообразного топлива, запасенного в ресивере, и стабильного обеспечения подачи необходимого количества сжиженного природного газа из резервуара для его хранения в испаритель за счет давления, возникающего при газификации сжиженного природного газа от теплоты забортной воды и передаваемого из ресивера в газовую полость резервуара, а также сокращение расхода дорогостоящего дизельного топлива, снижения токсичности выхлопных газов и снижения стоимости эксплуатации судовых энергетических установок за счет использования дизельного топлива только в качестве запальной дозы и замещения его природным газом, подаваемым в двигатель через газовоздушный смеситель.

На фиг. 1 изображено устройство судовой энергетической установки на сжиженном природном газе.

Судовая энергетическая установка на сжиженном природном газе включает в себя резервуар для хранения сжиженного природного газа 1, испаритель сжиженного природного газа 2 с линией подачи забортной воды (греющей среды) 3, линию поддержания давления 4 в резервуаре для хранения сжиженного природного газа 1, ресивер 5, расположенный после испарителя, линию отвода отработанных газов 6 от двигателя судна 7, проходящую через ресивер 5, газовоздушный смеситель 8, расположенный между ресивером 5 и двигателем 7, линию подачи дизельного топлива 9, обратный клапан 10 между испарителем 2 и ресивером 5, редукционный клапан 11 между ресивером 5 и газовоздушным смесителем 8, при этом линия поддержания давления 4 в резервуаре для хранения сжиженного природного газа 1 соединяет ресивер 5 и газовую полость 15 резервуара для хранения сжиженного природного газа 1. Двигатель судна 7 соединен валом 12 с гребным винтом 13 через редуктор 14. Воздух в газовоздушный смеситель 8 подается по линии подачи воздуха 16. Между резервуаром для хранения сжиженного природного газа 1 и испарителем 2 установлен обратный клапан 17, а на линии поддержания давления 4 в резервуаре для хранения сжиженного природного газа 1 установлен запорный клапан 18.

Судовая энергетическая установка на сжиженном природном газе работает следующим образом.

Двигатель судна 7 запускается на дизельном топливе, подаваемом в двигатель 7 по линии подачи дизельного топлива 9, и смешивается с воздухом, поступающим в двигатель 7 по линии подачи воздуха 16 через смеситель 8. Затем переходит на газодизельный режим работы.

Горячие отработанные газы поступают из двигателя 7 по линии отвода отработанных газов 6 в ресивер 5, где нагревают хранящийся там газообразный природный газ, при этом повышается температура и давление природного газа.

Нагретый природный газ с повышенным давлением из ресивера 5 через открытый запорный клапан 18 по линии поддержания давления 4 поступает в газовую полость 15 резервуара для хранения сжиженного природного газа 1. За счет высокого давления в газовой полости 15 сжиженный природный газ передавливается через обратный клапан 17 в испаритель 2.

В испаритель 2 по линии подачи греющей среды 3 подается забортная вода необходимого объема для газификации сжиженного природного газа. Газифицированный природный газ из испарителя 2 через обратный клапан 10 поступает в ресивер 5. Ресивер 5 выполнен необходимого объема, что обеспечивает необходимый запас газообразного природного газа для обеспечения стабильной работы двигателя 7 на переходных режимах и номинальной мощности. Это также позволяет снизить объем испарителя 2, упростить систему регулирования и обеспечить надежность работы судовой энергетической установки в целом.

Из ресивера 5 газообразный природный газ поступает в газовоздушный смеситель 8 через редукционный клапан 11, при этом снижается его давление до необходимого уровня. В газовоздушном смесителе 8 природный газ смешивается с воздухом, поступающим по линии подачи воздуха 16. Далее газовоздушная смесь подается в двигатель 7.

При подаче газовоздушной смеси вместо чистого воздуха увеличивается теплотворная способность топлива в двигателе 7, что позволяет сократить подачу дизельного топлива. Дальнейшее увеличение подачи природного газа при выходе судовой энергетической установки на номинальную мощность позволяет уменьшить объем подачи дизельного топлива до объема запальной дозы, обеспечивающей возгорание топливной смеси в двигателе 7 от сжатия, что составляет от 8 до 30% обычного расхода дизельного топлива.

Уменьшение потребления дизельного топлива снижает концентрацию токсичных компонентов в отработанных газах, улучшая экологические параметры судовой энергетической установки, и снижает эксплуатационные затраты за счет замещения дорогого дизельного топлива более дешевым природным газом.

В двигателе 7 сгорание газовоздушной смеси и запальной дозы дизельного топлива преобразуется в полезную механическую, вращательную энергию вала 12. Полезная механическая энергия передается от двигателя 7 валом 12 через редуктор 14, где происходит понижение или повышение оборотов, на гребной винт 13, который приводит в движение судно.

Источники информации

1. Кириллов Н.Г. СНГ - моторное топливо XXI века. // НефтьГазпромышленность, №3, 2007. - Стр. 44-47.

2. Кириллов Н.Г. Природный газ как моторное топливо и экология автомобильного транспорта России. М.: ИРЦ «Газпром», 2003. - Стр. 11-17.

3. Патент РФ №2472013, опубл. 10.01.2013.

4. Генкин К.И. Газовые двигатели. - М.: Машиностроение, 1977. - Стр. 156-167.

5. Патент РФ №2140007, опубл. 20.10.1999.

6. Патент РФ №2208747, опубл. 20.07.2003, - прототип.

Похожие патенты RU2598478C2

название год авторы номер документа
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА НА СЖИЖЕННОМ ПРИРОДНОМ ГАЗЕ 2021
  • Асабин Виталий Викторович
  • Носырев Дмитрий Яковлевич
  • Курманова Лейла Салимовна
  • Петухов Сергей Александрович
  • Летягин Павел Викторович
RU2775797C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА 2016
  • Замуков Владимир Вартанович
  • Сидоренков Дмитрий Владимирович
  • Михайлов Виктор Андреевич
RU2616136C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА 2016
  • Замуков Владимир Вартанович
  • Сидоренков Дмитрий Владимирович
  • Михайлов Виктор Андреевич
RU2615042C1
Судовая газотурбинная установка с утилизацией тепла уходящих газов 2015
  • Народицкис Александрс
  • Кириллов Николай Геннадьевич
  • Зинкевич Ирина Николаевна
RU2613756C1
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ПОДВОДНОГО АППАРАТА 2013
  • Дорофеев Владимир Юрьевич
  • Замуков Владимир Вартанович
  • Сидоренков Дмитрий Владимирович
RU2542166C1
СУДОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА 2017
  • Курочкин Андрей Владиславович
RU2645584C1
РОТОРНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СУДОВАЯ УСТАНОВКА 2016
  • Панченко Владимир Митрофанович
RU2633821C1
Энергетическая установка замкнутого цикла системы автономного энергообеспечения специальных объектов 2024
  • Щербаков Андрей Викторович
  • Терехин Андрей Николаевич
  • Харьковский Виталий Владимирович
RU2824694C1
Энергетическая установка подводного аппарата 2022
  • Михайлов Виктор Андреевич
  • Сидоренков Дмитрий Владимирович
  • Терехин Андрей Николаевич
  • Пегов Андрей Сергеевич
  • Щербаков Андрей Викторович
RU2799261C1
СПОСОБ ИСПАРЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА ДЛЯ СИСТЕМ АВТОНОМНОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ В АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЕ 2014
  • Лазарев Александр Николаевич
  • Кириллов Николай Геннадьевич
  • Ивановский Сергей Владимирович
RU2570952C1

Реферат патента 2016 года СУДОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА НА СЖИЖЕННОМ ПРИРОДНОМ ГАЗЕ

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам и способам питания судовых двигателей внутреннего сгорания. Предложенный двигатель 7 запускается на дизельном топливе, подаваемом в двигатель по линии 9 подачи дизельного топлива. Затем переходит на газодизельный режим работы. Сжиженный природный газ из резервуара 1 под давлением газообразного газа из ресивера 5 подается в испаритель 2, где газифицируется, и после ресивера 5 поступает в смеситель 8, откуда в двигатель 1. При подаче в двигатель газовоздушной смеси вместо чистого воздуха увеличивается теплотворная способность топлива в двигателе, что позволяет сократить подачу дизельного топлива. Механическая энергия передается от двигателя 7 валом 12 через редуктор 14, на гребной винт 13, который приводит в движение судно. Технический результат заключается в повышении стабильности работы двигателя на газовом топливе, сокращении расхода дизельного топлива и снижении токсичности выхлопных газов. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 598 478 C2

Судовая энергетическая установка на сжиженном природном газе, состоящая из двигателя и системы хранения сжиженного природного газа и подачи природного газа в двигатель, включающей в себя резервуар для хранения сжиженного природного газа, испаритель сжиженного природного газа с линией подачи греющей среды, линию поддержания давления в резервуаре для хранения сжиженного природного газа, линию подачи воздуха в двигатель, отличающаяся тем, что снабжена ресивером, расположенным после испарителя, линией отвода отработанных газов двигателя, проходящей через ресивер, газовоздушным смесителем, расположенным между ресивером и двигателем, линией подачи дизельного топлива, обратным клапаном между испарителем и ресивером, редукционным клапаном между ресивером и газовоздушным смесителем, при этом линия поддержания давления в резервуаре для хранения сжиженного природного газа соединяет через запорный клапан ресивер и газовую полость резервуара для хранения сжиженного природного газа, а в качестве греющей среды в испаритель подается забортная вода.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2016 года RU2598478C2

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИСКУССТВЕННОЙ ГАЗОВОЙ СМЕСИ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, РАБОТАЮЩЕГО В РЕЖИМЕ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2004
  • Пялов Владимир Николаевич
  • Остапенко Виталий Алексеевич
  • Замуков Владимир Вартанович
  • Бельченков Сергей Владимирович
  • Степанов Александр Александрович
  • Черевко Александр Иванович
  • Журавлев Александр Александрович
  • Агафонов Александр Николаевич
  • Александров Сергей Валентинович
  • Мотовилов Дмитрий Александрович
  • Терехин Андрей Николаевич
  • Кирюхин Сергей Николаевич
  • Марковский Леонид Степанович
  • Иванова Наталья Игоревна
RU2287069C2
СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2003
  • Кириллов В.А.
  • Кузин Н.А.
  • Бобрин А.С.
  • Ермаков Ю.П.
  • Собянин В.А.
  • Садыков В.А.
  • Золотарский И.А.
  • Кузьмин В.А.
  • Боброва Л.Н.
  • Тихов С.Ф.
  • Павлова С.Н.
  • Пармон В.Н.
  • Бризицкий О.Ф.
  • Терентьев В.Я.
  • Христолюбов А.П.
  • Сорокин А.И.
  • Емельянов В.К.
RU2240437C1
СИСТЕМЫ ХРАНЕНИЯ И ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ВИДЕ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА (СПГ-ТОПЛИВА) ДЛЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ, РАБОТАЮЩИХ НА ПРИРОДНОМ ГАЗЕ 1998
  • Бауэн Рональд Р.
  • Минта Мосес
RU2208747C2
WO 2005024204 A1, 17.03.2005
US 6871629 B2, 29.03.2005
US 20110232867 A1, 29.09.2011.

RU 2 598 478 C2

Авторы

Народицкис Александрс

Кириллов Николай Геннадьевич

Каплин Василий Юрьевич

Зинкевич Ирина Николаевна

Даты

2016-09-27Публикация

2014-05-14Подача