Энергетическая установка промыслового судна Российский патент 2022 года по МПК B63H23/12 

Изобретение относится к области судостроения и касается конструирования энергетических установок промысловых судов с единой электростанцией переменного тока.

Известна «Комбинированная гребная установка траулера» (промыслового судна) Рис. 8 [1], имеющая две системы привода гребного винта механическую и электрическую.

Механическая передача состоит из валопровода с упорным подшипником, редуктора и главного двигателя (ГД).

Электрическая передача состоит из электродвигателя, соединенного с тем же редуктором и получающего электропитание от единой электростанции в виде двух и более вспомогательных дизель-генераторов. Эта электрическая передача используется на малых скоростях хода судна, которые трудно получить от ГД, поскольку двигатели внутреннего сгорания устойчиво работают только при скоростях вращения коленвала, больших 0,3n_н. Кроме того электродвигатель может быть использован для увеличения мощности на гребном валу при совместной работе с ГД [1].

Известна «Система наддува судового ДВС с турбокомпрессором и утилизационным электрогенератором [2] работающая на энергии отходящих от ГД газах (ОГ).

Недостатки прототипа [1].

1. Низкие массо-габаритные показатели энергетической установки (ЭУ) большого морского рыболовного траулера (БМРТ) включающей: главный двигатель [3] N_e=1800 кВт, вес 93 т.при n=225 ^об/_мин, площадь машинного отделения (МО) - 90 м²; два дизель-генератора N_r=1100 кВт, общий вес которых 40 т., площадь отделения судовой электростанции (СЭС)-26 м².

Общий вес энергетической установки Р_эу=93+40=133 (т), а общая площадь МО и СЭС F_эу=90+26=116 (м²) [4] таблицы 1.1; 1.2; 7.3.

При этом общий объем МО и СЭС V_эу=600 м³. Все это без учета показателей котельного отделения. Повышение массо-габаритных показателей ЭУ означает их уменьшение при сохранении общей мощности ЭУ и сохранении всех ее функциональных возможностей, с точки зрения эксплуатации и обслуживания.

Недостатки прототипа [2].

1. Система [2] позволяет использовать не более 13-20% тепловой энергии отходящих от двигателям газов (ОГ), поэтому приходится прибегать к дополнительной утилизации тепла в утилизационных котлах.

Общим недостатком ЭУ переменного тока с единой электростанцией и преобразователем энергии - винтом регулируемого шага (ВРШ) является длительная работа при нулевом шаге винта в режиме малых нагрузок, но с номинальной частотой вращения. В этом случае потери мощности, приходящейся на привод одного ВРШ, составляют 15-20% его номинальной мощности, что обусловливает значительный расход топлива и ухудшает его пропульсивный КПД [5].

Цель изобретения.

Повышение экономичности и сокращение габаритов и массы энергетической установки.

Цель достигается следующим:

Энергетическая установка промыслового судна, содержащая две системы привода гребного винта регулируемого шага: механическую, включающую валопровод, редуктор с упорным подшипником, главный двигатель с наддувом; электрическую, включающую валогенератор подключенный к сети единой судовой электорстанции, состоящей из газотурбогенератора с регенератором, при этом поступающий из компрессора газотурбогенератора воздух, подается через регулировочные вентили, соответственно, в воздушный коллектор главного двигателя и в камеру сгорания газотурбогенератора через регенератор, а отходящие из выпускного коллектора газы через обратный клапан подаются в камеру сгорания газотурбогенератора, при этом главный двигатель работает по нагрузочной характеристике, валогенератор применен синхронного типа - генератор/двигатель, главный двигатель, валогенератор соединены с редуктором при помощи электромагнитных муфт, а валопровод соединен с редуктором посредством фрикционной муфты встроенной в шестерню редуктора, причем мощность главного двигателя должна быть не менее мощности главного двигателя при экономическом ходе судна, а мощность валогенератора и газотурбогенератора должны быть равными, соответственно, мощности судовой электростанции.

Повышение экономичности ЭУ достигается сокращением установленных мощностей ГД и судовой электростанции (СЭС) с сохранением необходимого запаса по мощности:

- для СЭС равным 2=(N_r+N_в) / P_max, где N_r=N_в=P_max, а для ГД равным 1=(0,6N_e+0,4N_e)/N_e.

Где: N_r=1000 кВт - мощность газотурбогенератора;

N_в=1000 кВт - мощность валогенератора;

P_max=1000 кВт - мощность СЭС;

0,6 N_e=1100 кВт - мощность ГД в режиме экономического хода;

0,4 N_e = мощность валогенератора используемая для движения судна;

N_e=1800 кВт - теоретическая мощность ГД в режиме полного хода судна.

Предлагаемая ЭУ относится к гибридным, в которых все первичные источники энергии связаны между собою единой судовой электростанцией и могут свободно отдавать в нее и возвращать из нее механическую и электрическую энергию. Повышение экономичности достигается еще и соединением валопровода с редуктором посредством фрикционной муфты, встроенной в шестерню редуктора, поэтому мы можем останавливать валопровод при работающем ГД (в режиме ГД- валогенератор) не тратя мощности ГД на привод ВРШ во время дрейфа судна на промысле.

Повышение экономичности газотурбогенератора достигается путем утилизации тепловой энергии отходящих от ГД газов (тратится меньше топлива на подогрев газов в камере сгорания перед турбиной).

Сокращение габаритов и массы ЭУ происходит от сокращения установленных мощностей ГД и СЭС. Так для предлагаемой ЭУ имеем:

мощность ГД=1100 кВт при n=750 ^об/_мин (двигатель 64 Н ³⁰/₃₈);

вес ГД=15 т.; валогенератор N_в=1000 кВт, n=1000 ^об/_мин;

вес ≈ 10 т.; газотурбогенератор N_r=1000 кВт, n=6000 ^об/_мин;

вес ≈ 10 т.

Общий вес энергетической установки Р_эу=35 т. У прототипа [1] Р_эу=133 т. - наш выигрыш 133-35=98 т., может идти на увеличение грузоподъемности судна, а перенос газотурбогенератора из трюма на верхнюю палубу (например, в дымовую трубу [6]), как раз, освободит место для этого и увеличит грузовместимость судна.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом. Изображение состоит из одной фигуры - Фигура 1 «Энергетическая установка промыслового судна».

Энергетическая установка промыслового судна содержит винт регулируемого шага с валопроводом 1, редуктор с упорным подшипником 2, главный двигатель с наддувом 3 (ГД), валогенератор 4 (В), газотурбогенератор 5 (Т-К) с регенераторм 6 (Р), регулировочные вентили 7 и 8, камеру сгорания газотурбогенератора 9 (КС), обратный клапан 10, электомагнитные муфты 11, фрикционную муфту 12 встроенную в шестерню редуктора 2, пусковой электодвигатель 13, регулятор скорости вращения 14, электрогенератор 15, утилизационный котел 16 (УК).

Устройство работает следующим образом.

Компрессор (К) засасывает воздух из атмосферы, сжимает его до 0,25МПа и t=140°С и подает его через регулировочные вентили 7,8 соответственно в воздушный коллектор ГД и в камеру сгорания газотурбогенератора 9 (КС) через регенератор 6 (Р). В камере сгорания (КС) температура газов повышается до 800-1000К за счет сжигания топлива, после этого газы попадают в турбину (Т) и далее в регенератор 6 (Р), а из него в утилизационный котел 16 (УК). Отходящие из выпускного коллектора ГД газы через обратный клапан 10 подаются в камеру сгорания 9 (КС). Обратный клапан 10 предохраняет прорыв газов из камеры сгорания 9(КС) к неработающему ГД, когда работает газотурбогенератор 5 (Т-К), в это время вентиль 7 закрыт, а вентиль 8 открыт полностью. Электромагнитные муфты 11 позволяют отключать ГД и валогенератор 4 от редуктора 2 на время профилактики этих механизмов. Пуск газотурбогенератора 5 производится электродвигателем 13, поскольку для работы электрогенератора 15 требуется постоянное число оборотов, независимо от нагрузки ГД3, на общем валу (Т-К) 5 установлен регулятор скорости вращения 14, который регулирует количество топлива поступающего в (КС) 9. Число оборотов ВРШ≈250 об/мин.

Литература.

1. Сержантов В.В., Спешилов B.C. «Гребные электрические машины». «Судостроение», Л., 1970 г., С.23.

2. Кондратов Ю.П. «Система наддува судового ДВС с турбокомпрессором и утилизационным электрогенератором». «Изобретательство», Том 15, 2015, №7, С. 41-44.

3. Кошелев И.Ф., Пимошенко А.П., Попов Г.А., Тарасов В.Я. «Справочник судового механика по теплотехнике», Л., «Судостроение», 1987 г., С. 157.

4. Коршунов Л.П. «Энергетические установки промысловых судов».- Л. «Судостроение», 1991 г.

5. Айзенштадт Е.Б., Гилерович Ю.М., Горбунов Б.А., Сержантов В.В. «Гребные электрические установки», «Судостроение», 1985 г., С. 143.

6. Акулов Ю.И. «Гребные электрические установки». М. «Транспорт», 1982 г. С. 19.

Изобретение относится к области судостроения и касается конструирования энергетической установки промыслового судна с единой электростанцией переменного тока. Энергетическая установка промыслового судна содержит две системы привода гребного винта регулируемого шага: механическую, включающую валопровод, редуктор с упорным подшипником, главный двигатель с наддувом; электрическую, включающую валогенератор, подключенный к сети единой судовой электростанции, состоящей из газотурбогенератора с регенератором. Поступающий из компрессора газотурбогенератора воздух подается через регулировочные вентили, соответственно, в воздушный коллектор главного двигателя и в камеру сгорания газотурбогенератора через регенератор, а отходящие из выпускного коллектора газы через обратный клапан подаются в камеру сгорания газотурбогенератора. Главный двигатель работает по нагрузочной характеристике, валогенератор применен синхронного типа – генератор/двигатель, главный двигатель, валогенератор соединены с редуктором при помощи электромагнитных муфт, а валопровод соединен с редуктором посредством фрикционной муфты, встроенной в шестерню редуктора. Мощность главного двигателя должна быть не менее мощности главного двигателя при экономическом ходе судна, а мощности валогенератора и газотурбогенератора должны быть равными, соответственно, мощности судовой электростанции. Изобретение позволяет повысить экономичность энергетической установки и уменьшить ее габариты и массу. 1 ил.

Энергетическая установка промыслового судна, содержащая две системы привода гребного винта регулируемого шага: механическую, включающую валопровод, редуктор с упорным подшипником, главный двигатель с наддувом; электрическую, включающую валогенератор, подключенный к сети единой судовой электростанции, состоящей из газотурбогенератора с регенератором, отличающаяся тем, что поступающий из компрессора газотурбогенератора воздух подается через регулировочные вентили, соответственно, в воздушный коллектор главного двигателя и в камеру сгорания газотурбогенератора через регенератор, а отходящие из выпускного коллектора газы через обратный клапан подаются в камеру сгорания газотурбогенератора, при этом главный двигатель работает по нагрузочной характеристике, валогенератор применен синхронного типа - генератор/двигатель, главный двигатель, валогенератор соединены с редуктором при помощи электромагнитных муфт, а валопровод соединен с редуктором посредством фрикционной муфты, встроенной в шестерню редуктора, причем мощность главного двигателя должна быть не менее мощности главного двигателя при экономическом ходе судна, а мощности валогенератора и газотурбогенератора должны быть равными, соответственно, мощности судовой электростанции.