Устройство для регулирования температуры судовых жилых, служебных помещений и главного судового дизеля Российский патент 2022 года по МПК B63J2/04 B63J2/06 

Изобретение относится к судостроению и может быть использовано судостроительными проектными организациями.

Известны абсорбционные холодильные машины.[1] «В.Н. Языков. Теоретические основы проектирования судовых систем кондиционирования воздуха. 1967, 412 с. Издательство «Судостроение», Ленинград, Д - 65, ул. Гоголя, 8 (Стр. 307-310)».

Абсорбционные холодильные машины (АБХМ) разделяют на машины периодического и непрерывного действия. Машины периодического действия малоэкономичны, поэтому они непригодны для судовых установок кондиционирования воздуха.

Машины непрерывного действия имеют ряд преимуществ, делающие из них перспективными для использования на судах. К таким преимуществам относятся: отсутствие движущихся частей, бесшумность работы, возможность работы за счет теплоты отработавшего пара, например, турбогенераторов и других вспомогательных механизмов, выхлопных газов дизелей, горячей воды от охлаждения некоторых машин, простота обслуживания.

В судовых условиях, из АБХМ в настоящее время лишь бромистолитиевые могут рассматриваться в судовых системах кондиционирования воздуха.

Бромистолитиевые АБХМ при использовании бросового тепла, их габариты, сравнимые с габаритами пароводяных машин, и другие преимущества позволяют считать их перспективными в судовых системах кондиционирования воздуха.

Однако, в данном источнике отсутствуют способы реализации АБХМ на судах.

Наиболее близким техническим решением является [2] «Патент №2466289. Россия, МПК 02G 5/02. Система для охлаждения свежего заряда и отработавших газов судового дизеля, подаваемых на впуск/Тимофеев В.Н., Безюков O.K., Клюс О.В., Васильева И.Г., Тимофеев Д.В. Опубл. 10.11.2012. Бюл. №31.» [2]. Система содержит судовой главный дизель, выхлопной трубопровод, утилизационный котел, АБХМ, потребители холода, теплообменники отработавших газов и свежего заряда, которые подключены к АБХМ.

Система для охлаждения свежего заряда - наддувочного воздуха и ОГ судового дизеля, подаваемых на впуск в цилиндры дизеля, позволяет охлаждать ОГ и свежий заряд-наддувочный воздух с помощью АБХМ, что приводит к улучшению рабочего процесса дизеля.

Основным недостатком данной системы является то, что в ней отсутствуют способы реализации полученного холода в судовых жилых, служебных помещениях и рабочих системах дизеля.

Заявляемая заявка на изобретение решает задачу создания устройства для регулирования температуры машинного отделения, судовых жилых и служебных помещений и рабочих систем главного судового дизеля.

Техническим результатом, достигнутым при этом, является создание оптимальной температуры в машинном отделении, комфортных температурных условий в судовых жилых, служебных помещениях и охлаждение рабочих систем в теплонапряженном состоянии главного судового дизеля.

Технический результат достигается тем, что устройство для регулирования температуры судовых жилых, служебных помещений и главного судового дизеля, содержащее абсорбционную холодильную машину, установленную на выхлопном трубопроводе главного судового дизеля, распределитель хладоносителя, элементы автоматики - электрические датчики температуры и нагрузки, задатчики, блок сравнения, блок управления дополнительно содержит четырехходовой кран, установленный на канале хладоносителя, вход первого патрубка подключен к абсорбционной холодильной машине, выход: второй патрубок связан с потребителем холода, третий патрубок - с распределителем хладоносителя, четвертый патрубок подключен к теплообменнику машинного отделения. Кроме того, система содержит два электрических трехходовых крана, вход первого патрубка трехходового крана подключен к распределителю хладоносителя, выход: второй патрубок связан с системой охлаждения, третий патрубок связан с системой хладоносителя; вход первого патрубка второго трехходового крана подключен к распределителю хладоносителя, выход: второй патрубок связан с системой наддувочного воздуха, третий патрубок второго трехходового крана связан с системой хладоносителя.

Предлагаемое устройство для регулирования температуры судовых жилых, служебных помещений и главного судового дизеля представлено на фиг. 1 и содержит машинное отделение (МО) 1; главный судовой дизель 2; абсорбционную холодильную машину (АБХМ) 3; теплообменник 4; судовой потребитель холода 5; электрический насос 6; четырехходовой кран (ЧХК) 7; электрические трехходовые краны (ЭТХК) 8, 10, 11; распределитель хладоносителя 9; система охлаждения (СО) 12; система наддувочного воздуха (СНВ) 13; блок управления (БУ) 14, блок сравнения (БС)15, 17, 19; задатчики 16, 18, 20; датчик нагрузки (ДН) 21; датчики температуры (ДТ) 22, 23, 24; каналы отработавших газов 25, 26; каналы забортной воды 27, 28; каналы хладоносителя 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41,42, 43, 44; каналы электрической энергии 45, 46, 47, 48; каналы электрических сигналов 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58.

АБХМ 3 установлен на канале 25 отработавших газов. Для отвода теплоты от АБХМ по каналу 27 подводится забортная вода, которая после отработки по каналу 26 сливается за борт. АБХМ 3 позволяет получить холодную воду с температурой 5-8°С. Вода одновременно служит и хладагентом - часть ее испаряется, и хладоносителем - неиспарившаяся часть подается потребителям холода.

Полученный хладоноситель с температурой 5-8°С при помощи электрического насоса 6 циркулирует по замкнутому циклу: АБХМ 3, канал 29, насос 6, ЧХК 7, ЭТХК 8, канал 33, теплообменник 4, канал 35, АБХМ 3. Кроме того, подциклы: ЧХК 7, канал 32, судовой потребитель холода 5, канал 44; ЧХК 7, канал 31, распределитель 9, ЭТХК 10, канал 36, СО 12, канал 37; канал 35; ЭТХК 36, канал 30, канал 35; распределитель 9, канал 40, ЭТХК 11, канал 42, СНВ 13, канал 43, канал 35; ЭТХК 11, канал 41, канал 35.

Теплообменник 4 установлен в машинном отделении 1 судна. Основной задачей теплообменника 4является поддержание заданной температуры в машинном отделении во время работы главного судового дизеля. Потребитель холода 5 обеспечивает требуемую температуру в жилых и служебных помещениях в теплое время года.

Распределитель 9 обеспечивает систему охлаждения 12 и систему наддувочного воздуха 13 хладоносителем.

Предлагаемое устройство для регулирования температуры судовых жилых, служебных помещений и главного судового дизеля работает следующим образом.

После запуска главного судового дизеля 1 данное устройство начинает работать. АБХМ 3 начинает работать, подачей электроэнергии из БУМ по каналу 48 запускается электрический насос 6 и хладоноситеь начинает циркулировать по своему замкнутому циклу. Хладоноситель через ЧХК 7 по каналу 32 подается в потребитель холода 5, по каналу 30 подается на ЭТХК 8.

При этом, если t_мо≤t_{ном. мо}, то в этом случае ЭТХК 8 закрывает канал 33, открывает канна 34 и весь поток хладоносителя подается по каналу 34 минуя теплообменник 4 (t_мо - температура в машинном отделении, t_{ном. мо} - номинальная температура в машинном отделении).

Датчик температуры 24, расположенный в машинном отделении 1 контролирует температуру машинного отделения, подает сигнал по каналу 57 в блок сравнения 19. В зависимости от требований к температуре МО 1 задатчик 20 устанавливается на требуемую температуру МО 1. В задатчике 20 формируется сигнал в соответствии с заданным законом и поступает в блок сравнения 19. Сопоставляя сигналы, поступающие от датчика температуры 24 и задатчика 20, в блоке сравнения 19 происходит вычисление регулирующего сигнала, который поступает по каналу 58 в блок управления 14. Блок управления 14 по каналу 45 подает электроэнергию на ЭТХК 8, который открывает канал 33, закрывает канал 34 и соответственно по каналу 33 подается хладоноситель на теплообменник 4, где в результате теплообмена с воздухом МО 1 температура доводится до заданного значения. В дальнейшем открытием (закрытием) канала 34 и закрытием (открытием) канала 33 происходит поддержание температуры МО 1 до заданного значения.

Температурные режимы в системах охлаждения и наддувочного воздуха обеспечивают штатные теплообменники, но, если они не в состоянии поддерживать требуемые температурные режимы, например, при работе в южных широтах или во время половодья часто засоряются штатные теплообменники, регулирование температурного режима в рабочих системах осуществляется следующим образом.

Температуру охлаждающей жидкости в СО 12 контролируют датчики температуры 22 и датчик нагрузки 21.

В зависимости от требований к температуре охлаждающей жидкости СО 12 задатчик 16 устанавливается на заданные температурные режимы и связан с блоком сравнения 15 [3] «Тимофеев В. Н. Методы и средства автоматического регулирования теплового состояния судовых ДВС: дис… докт. техн. наук / В Тимофеев. - СПб, 2015, 2015, - 385 с.».

Сигнал от датчика температуры 22 подается в блок сравнения 15. Одновременно сигнал от датчика нагрузки 21 подается на задатчик 16, где формируется сигнал в соответствии с заданным законом и поступает по каналу 50 на блок сравнения 15. Сопоставляя сигналы, поступающие от датчика температуры 22 и задатчика 16, в блоке сравнения 15 происходит вычисление регулирующего сигнала, который по каналу 51 поступает в блок управления 14. Блок управления 14 по каналу 46 подает электроэнергию на ЭТХК 10, который откроет канал 36 и температура в СО установится до требуемого значения..

Таким образом, сигнал, формирующийся на выходе блока управления 14, зависит от отклонений, как регулируемой температуры, так и текущего значения нагрузки. Это дает возможность использовать комбинированное регулирование, позволяет уменьшить время запаздывания и повысить качество регулирования СО 12.

Одновременно через распределитель 9 подается хладоноситель по каналу 40 на ЭТХК 11. При этом, датчик температуры 23 подает по каналу 55 сигнал в блок сравнения 17, а датчик нагрузки 21 подает по каналу 52 сигнал на задатчик 18. В зависимости от требований к температуре наддувочного воздуха залатчик 18 устанавливается согласно рекомендациям автора [4] «Крутов, В.И. Двигатель внутреннего сгорания как регулируемый объект / В.И. Крутов. - М.: Машиностроение, 1978. - 471 с. стр. 242» устанавливается на заданные температурные режимы и связан с блоком сравнения 17. При нагрузке N_e<0,4N_{e ном} сигналы, поступающие от датчика температуры 23 и задатчика 18, в блоке сравнения 17 происходит вычисление регулирующего сигнала, который поступает по каналу 54 в блок управления 14, и подачей электроэнергии по каналу 47приводит в действие ЭТХК 11. Открывается канал 42, хладоноситель по этому каналу подается в СНВ 13 и температура наддувочного воздуха доводится до заданного значения. Отработанный хладоноситель по каналам 48, 35 возвращается в АБХМ 3 и цикл повторяется. При достижении заданной температуры закрытием (открытием) канала 42 и открытием (закрытием) канала 41 поддерживается требуемая температура наддувочного воздуха.

Таким образом, утилизация тепловой энергии отработавших газов с использованием абсорбционной холодильной машины позволяет создать потребителю - судовым жилым и служебным помещениям и машинному отделению комфортные температурные условия во время эксплуатации судовой энергетической установки, поддерживать требуемый температурный режим в рабочих системах главного судового дизеля. Разработанная многоконтурная система автоматического регулирования всех температурных параметров в системах охлаждения, наддува представляет собой как пример сложного рационального решения для систем комплексной автоматизации.

Источник информации

1. В. Н. Языков. Теоретические основы проектирования судовых систем кондиционирования воздуха. 1967, 412 с. Издательство «Судостроение», Ленинград, Д - 65, ул. Гоголя, 8 (Стр. 307-310).

2. Патент №2466289. Россия, МПК 02G 5/02. Система для охлаждения свежего заряда и отработавших газов судового дизеля, подаваемых на впуск / Тимофеев В. Н., Безюков O. K., Клюс О. В., Васильева И. Г., Тимофеев Д. В. Опубл. 10.11.2012. Бюл. №31.

3. Тимофеев В. Н. Методы и средства автоматического регулирования теплового состояния судовых ДВС: дис… докт. техн. наук /В Тимофеев. - СПб, 2015, 2015, - 385 с.

4. Крутов, В. И. Двигатель внутреннего сгорания как регулируемый объект / В. И. Крутов. - М.: Машиностроение, 1978. - 471 с., стр. 242.

Изобретение относится к судостроению. Устройство для регулирования температуры судовых жилых, служебных помещений и главного судового дизеля, содержит абсорбционную холодильную машину, установленную на выхлопном трубопроводе главного судового дизеля. Также имеются распределитель хладоносителя, электрические датчики температуры и нагрузки, задатчики, блок сравнения, блок управления. Дополнительно имеется четырехходовой кран, установленный на канале хладоносителя. Вход первого патрубка подключен к абсорбционной холодильной машине, выход: второй патрубок связан с потребителем холода, третий патрубок с распределителем хладоносителя, четвертый патрубок подключен к теплообменнику машинного отделения. Улучшается теплообмен. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для регулирования температуры судовых жилых, служебных помещений и главного судового дизеля, содержащее абсорбционную холодильную машину, установленную на выхлопном трубопроводе главного судового дизеля, распределитель хладоносителя, элементы автоматики - электрические датчики температуры и нагрузки, задатчики, блок сравнения, блок управления, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит четырехходовой кран, установленный на канале хладоносителя, вход первого патрубка подключен к абсорбционной холодильной машине, выход: второй патрубок связан с потребителем холода, третий патрубок - с распределителем хладоносителя, четвертый патрубок подключен к теплообменнику машинного отделения.

2. Устройство для регулирования температуры судовых жилых, служебных помещений и главного судового дизеля по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит два электрических трехходовых крана, вход первого патрубка трехходового крана подключен к распределителю хладоносителя, выход: второй патрубок связан с системой охлаждения, третий патрубок связан с системой хладоносителя; вход первого патрубка второго трехходового крана подключен к распределителю хладоносителя, выход: второй патрубок связан с системой наддувочного воздуха, третий патрубок второго трехходового крана связан с системой хладоносителя.