Энергосберегающая установка речного судна

Полезная модель относится к судостроению и может быть использована речными судами внутреннего плавания для обеспечения движения, снабжения электрической и тепловой энергией судовые потребители, обеспечения функционирования механизмов и устройств, создания условий обитаемости в служебных и жилых помещениях и т.д.
Известно а.с. «Устройство отбора мощности от главных двигателей» [1], которое направлено для его использования на маломерных судах внутреннего плавания. Устройство содержит разъемный корпус, в котором расположены ведущий и ведомый валы с многодисковой фрикционной муфтой. Механизм бокового отбора установлен посредством подшипников на ведущем валу и связан с кулачковой муфтой, ведущая полумуфта которой смонтирована на приводной полумуфте подвижно в аксиальном направлении, причем на корпусе выполнены приливы для установки и крепления лап смежных двигателей.
Основным недостатком устройства отбора мощности является зависимость его работы от скорости движения судна, т.е. изменение частоты вращения гребного вала, непосредственно связано с изменением частоты вращения генератора, в результате чего выходные параметры валогенератора - напряжение и частота, уменьшаются от номинальных значений при ходе со скоростью «полный» до нуля при постановке главных машин на «стоп». Это в свою очередь:
- затрудняет или делает почти невозможной параллельную работу с автономными генераторами;
- требует быстрого включения резервного источника электроэнергии при постановке машин на «стоп»;
Кроме того, происходит потеря мощности главного судового дизеля.
Наиболее близким техническим решением является «Электроэнергитеческая установка речного судна» [2], которая содержит главный судовой дизель, валогенератор, судовой термоэлектрический генератор (ТЭГ, солнечный термоэлектрический генератор (СТЭГ), аккумуляторные батареи. Эти элементы обеспечивают электроэнергией, как в ходовом режиме, так и во время вынужденной стоянки.
Основным недостатком этой установки является то, что ТЭГ и СТЭГ обладают низким КПД, а СТЭГ может работать только в солнечную погоду. Кроме того - на судне имеются трудности по установке СТЭГ;
- в установке не предусмотрено обеспечение тепловой энергией в служебных и жилых помещениях.
Заявляемая модель решает задачу создания энергосберегающей установки речного судна.
Техническим результатом при этом является обеспечение энергетической установки дополнительным источником электрической, тепловой и энергии холода в результате применения теплового насоса.
Технический результат достигается тем, что в известной энергосберегающей установке, содержащей главный судовой дизель с валогенератором, дизель-генератор, рабочие системы дизеля, пульт управления, главный распределительный щит, потребители электрической и тепловой энергии, паровую турбину с генератором дополнительно содержит тепловой насос, вход которого через испаритель подключен к низкопотенциальному источнику энергии - забортной воде, выход - к паровой турбине с возможностью подключения: через генератор к главному распределительному щитку; через конденсатор к тепловым потребителям и рабочим системам главного судового дизеля. Кроме того, охлажденный низкопотенциальный (забортная вода) источник энергии подключен к рабочим системам главного судового дизеля.
На фиг. 1 представлена заявляемая полезная модель, которая содержит главный судовой дизель 1 с валогенератором 2, дизель-генератор 3, тепловой насос 4, паровую турбину 5 с генератором 6, главный распределительный щит 7, аккумуляторные батареи 8, судовой потребитель электроэнергии 9, пульт управления 10; переключатели: валогенератора 11, дизель-генератора 12, теплового насоса 13; клинкет 14, электрический насос 15; электронные трехходовые вентили (3ХВ) 16, 17, 18; потребитель тепловой энергии в служебных и жилых помещениях 19, потребитель тепловой энергии в рабочих системах 20 дизеля; элементы теплового насоса: испаритель 21, электрический компрессор 22, конденсатор 23, электрический насос 24, дроссель 25; каналы охлаждающей забортной воды 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33; каналы теплоносителя 34. 35, 36, 37, 38; каналы хладагента 39, 40, 41, 42, 43; каналы выработанной электроэнергии 44, 45, 46; каналы подачи электроэнергии 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58.
Потребитель тепловой энергии 19 позволяет создавать комфортные бытовые условия, обеспечивая тепловой энергией в служебных и жилых помещениях.
Электронный трехходовой вентиль 18 и канал 35 обеспечивают тепловой энергией рабочие системы 20 главного судового дизеля 1 для предпускового подогрева, а также подогрева топлива, масла, наддувочного воздуха в холодное время года.
Забортная вода предназначена для поддержания требуемого теплового состояния в рабочих системах 20 дизеля 1, а в испарителе 21 теплового насоса выполняет функцию низкопотенциального источника энергии, при этом во время испарения хладагента низкопотенциальный источник энергии охлаждается и по каналам 33, 28 поступает в рабочие системы 20 дизеля 1 и используется для поддержания требуемого теплового состояния дизеля 1 в теплое время года.
В тепловом насосе 4 циркулирует хладагент, выполняя свой рабочий цикл, обеспечивая паровую турбину рабочим паром, параметры которого получают расчетным путем.
Пульт управления 10 позволяет управлять работой источников электроэнергии переключателями 11, 12, 13.
Электронные трехходовые вентили 16, 17, 18 выполняются по патенту [3] и служат: 16 - при работе теплового насоса открывает кроме канала 28 канал 30 и низкопотенциальный источник энергии подается в испаритель 21; 17 - открывает канал 33 и в теплое время года охлажденный низкопотенциальный источник энергии (забортная вода) в испарителе 21 по каналу 28 подается в рабочие системы дизеля, например, в систему охлаждения или в систему наддувочного воздуха и позволяет поддерживать требуемое тепловое состояние дизеля 1; 18 - открывает канал 35 и теплоноситель, подогретый в конденсаторе 23 подается в рабочие системы для предпускового подогрева и поддержания требуемого температурного режима наддувочного воздуха на частичных режимах, например при эксплуатации судна на севере.
В тепловом насосе 4 циркулирует низкокипящее вещество (хладагент): из конденсатора 23 конденсированный хладагент через канал 39, электрический насос 24, канал 40, дроссель 25 подается в испаритель 21, при этом в дросселе 25 хладагент дросселируется и начинается процесс кипения, а в испарителе 21 в результате теплообмена с низкокипящим источником энергии хладагент превращается в пар и по каналу 41 подается в компрессор 22, где в результате сжатия повышается его давление и температура. Далее по каналу 42 пар поступает в турбину 5 и совершается рабочий процесс, приводится в действие генератор 6 и выработка электроэнергии. Отработанный пар по каналу 43 подается в конденсатор 23, где в результате теплообмена с теплоносителем конденсируется, т.е. превращается в жидкость и цикл повторяется.
Валогенератор 2 с помощью электрической муфты подключен к главному дизелю 1 и служит для выработки электроэнергии при работе дизеля 1 на номинальных нагрузках.
Главный распределительный щит 7 служит для приема вырабатываемой электроэнергии валогенератором 2, дизель-генератором 3 и тепловым насосом 4; преобразования ее в требуемое напряжение для питания силовых потребителей; освещения, различных видов связи и сигнализации и т.п.
Предложенная энергосберегающая установка работает следующим образом.
1. Пусть судно находиться в порту на вынужденной остановке и снимается с якоря для совершения своего рейса.
В этом случае в зависимости от обстановки, времени работает дизель-генератор 3, который обеспечивает судовые потребители электроэнергией. Запускается главный судовой дизель 1 (операция пуска на фиг. 1 не показана), происходит увеличение нагрузки, и дизель выходит на номинальный режим. После выхода дизеля 1 на номинальный режим переключателем 11 по каналу 58 подается электроэнергия на валогенератор 2, который приводиться в рабочее состояние. При этом дизель-генератор 3 переключателем 12 останавливают его работу, а выработанная электроэнергия валогенератором 2 по каналу 44 подается на главный распределительный щит 7, который по каналу 55 начинает подавать электроэнергию на судовые потребители электроэнергии 9. Во время переключения от дизель-генератора 2 на валогенератор 3 судовые потребители электроэнергии 9 обеспечиваются аккумуляторными батареями 8 подачей электроэнергии через канал 54, главный распределительный щит 7 и канал 54. После начала работы валогенератора 2 происходит зарядка аккумуляторных батарей 8 подачей электроэнергии по каналу 53.
При прохождении судном труднопроходимых участков, а также при выполнении маневров во время шлюзования и т.п. предлагаемая система переходит на режим работы с использованием теплового насоса.
Для этого переключателем 13 подается электроэнергия на ГРЩ 7, который запускает тепловой насос 4.
При этом
- ГРЩ 7 подачей электроэнергии по каналам 48, 49, 50 приводит в рабочее положение 3ХВ 16, 17, 18; а подачей электроэнергии по каналам 51, 52 - электрический насос 24 и компрессор 22.
3ХВ 16 открывает канал 30, и одновременно начинается подача забортной воды по каналам 28 в рабочие системы 20, а по каналу 30 в испаритель 21 теплового насоса 4; ТХВ 17 открывает каналы 31, 32, а при необходимости регулирования температурного режима рабочих систем 20 дизеля 1 канал 33; ТХВ 18 открывает каналы 34, 37, а при необходимости регулирования теплового состояния дизеля - канал 35.
Хладагент из конденсатора 23 в жидком состоянии поступает в электрический насос 24, где увеличивается давление хладагента и по каналу 40 через дроссель 25 подается в испаритель 21, где в результате теплообмена с забортной водой (низкопотенциальным источником энергии) происходит кипение и в парообразном состоянии хладагент по каналу 41 подается в компрессор 22, где происходит увеличение его давления и температуры. Далее по каналу 42 поступает в турбину 5, где совершается рабочий цикл, при этом генератор вырабатывает электроэнергию, которая по каналу 46 подается в ГРЩ 7 и начинается питание электроэнергией судовых потребителей от теплового насоса 4. При этом, аналогично во время переключения от валогенератора 2 к тепловому насосу 4 судовые потребители работают от аккумуляторных батарей 8.
Таким образом, предлагаемая судовая энергосберегающая установка позволяет модернизировать энергетическую установку, обеспечивая судовые потребители электрической и тепловой энергией, как в ходовом режиме, так и во время вынужденной остановки, исключая работу дизель-генератора без особой необходимости, что приводит к топливной экономичности. При этом решаются проблемы экологии и защиты окружающей среды, а дизель-генератор 3 выполняет только функцию резервного источника электроэнергии.
Источники информации
1. А.С. №111472069, M63J 3/02. Устройство отбора мощности от двигателей / А.Д. Пожидаев, В.А. Черданцев, М.Е. Морев. Опубд. 11.09.75.
2. Патент №96550, МПК В63Н 23/24, F24J 2/00. Электроэнергетическая установка речного судна / В.Н. Тимофеев, Д.В. Тимофеев. Опубл. 10.08.2010, бюл. №22.
3. Патент №2270923, F01P 7/16. Электрический термостат / В.Н. Тимофеев, Н.П. Кузин, А.Н. Краснов; опубл. в БИ 27.02.2006.