Судовой двигатель
SHIP ENGINE

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к нетрадиционным преобразователям тепловой энергии в механическую работу. Оно может быть применено - главным образом - в судостроении, а также на стационарных объектах, расположенных в водных акваториях или на побережьях.
Как известно, практически все самоходные плавсредства оснащены тепловыми двигателями, использующими разные виды топлива, в т.ч. и ядерного. Помимо больших затрат на топливо, это требует содержания заправочных комплексов, их обслуживающего персонала, создания противопожарных систем, причиняет вред окружающей среде в нормальном рабочем режиме судов, а - главное - в аварийных ситуациях.
Альтернативных решений в приводных системах крупных судов не существует.
Однако, поскольку судоходство связано с окружающей водной средой, а она в любых регионах - даже в заполярье - обладает достаточным тепловым ресурсом, то вполне возможно его использование вместо традиционного топлива.
Главной задачей в переходе на альтернативные тепловые ресурсы является разработка системы преобразования их в механическую энергию.
И такая задача решена созданием судового двигателя, который - согласно изобретению - состоит из теплочувствительного элемента (ТЧЭ) в форме тонкостенной трубы, являющейся рабочим валом с подшипниковыми узлами и мультипликатором, при этом поверхность трубы снаружи и/или внутри разделена оболочками по всей длине на две тепловые зоны: зону нагрева и зону охлаждения; с тепловыми зонами связаны каналы подачи и удаления горячего теплоносителя и - соответственно - каналы охлаждающего теплоносителя; при этом труба в средней части усилена внешней втулкой, контактирующей при изгибе трубы с упорным роликом; каналы подачи и удаления теплоносителей связаны с теплообменниками теплового насоса: при этом теплообменник для охлаждающего теплоносителя расположен в контуре испарения его рабочего агента, а теплообменник для горячего теплоносителя - в контуре его сжатия - за компрессором.
Описание заявляемого изобретения поясняется иллюстрациями, где на фиг. 1 дан общий вид двигателя, на фиг. 2 - его сечение "А-А", на фиг. 3 показан вариант размещения всех элементов его конструкции внутри корпуса судна.
Заявляемый судовой двигатель состоит из теплочувствительного элемента (ТЧЭ) в форме тонкостенной трубы 1 (фиг. 1), являющейся рабочим валом с подшипниковыми узлами 2 и мультипликатором 3, передающим вращение другим устройствам. Поверхность трубы 1 снаружи или (и) внутри разделена оболочками по всей длине на две тепловые зоны: зону нагрева 4 и зону охлаждения 5. С тепловыми зонами связаны каналы подачи 6 и удаления 7 горячего теплоносителя и - соответственно - каналы 8 и 9 - охлаждающего теплоносителя. Труба 1 в средней части усилена внешней втулкой 10, контактирующей при изгибе трубы с упорным роликом 11.
Каналы подачи и удаления теплоносителя связаны с теплообменниками (см. фиг. 3) теплового насоса 12, при этом теплообменник для охлаждающего теплоносителя расположен в контуре испарения рабочего агента теплового насоса, а теплообменник для горячего теплоносителя - в контуре его сжатия (за компрессором).
Испаритель теплового насоса может быть расположен как вне судна, например, под кормовой частью, у катамаранов - под водой между корпусами, так и внутри, при этом стенкой испарителя может быть "подводная" часть судового корпуса (см. фиг. 3). В таком случае пространство между внутренними стенками испарительных камер может использоваться как рефрижераторный отсек в транспортных и промысловых судах.
Компрессор теплового насоса и нагнетатели для циркуляции теплоносителей подключены к бортовой электросети с резервными аккумуляторами.
Вариантов исполнения заявляемого привода может быть несколько. Рассмотрим работу наиболее простого из них, в котором тепловые зоны двигателя расположены внутри трубы 1 (в этом случае ее наружная поверхность должна быть теплоизолирована), а теплоносителем системы нагрева и охлаждения является воздух. Испаритель теплового насоса 12 (предпочтительно - не однокамерный с их параллельным включением в контур теплового агента) расположен внутри судна, а теплообменник охлаждающего теплоносителя в виде радиатора ДВС включен в этот контур перед испарителем.
1
Запуск двигателя происходит при включении вентиляторов в контурах циркуляции теплоносителей и компрессора теплового насоса 12. При этом испаренный тепловой агент, сжимаясь, резко нагревается и отдает свое тепло нагревающему теплоносителю судового двигателя. Этот теплоноситель через канал 6 поступает в зону нагрева 4, где отдает основную часть своего тепла нижнему сегменту трубы 1, верхний же сегмент ее остается холодным. Под действием разности температуры сегментов трубы она испытывает прогиб, при котором с силой F упирается своей втулкой 10 в ролик 11 и под действием силы F поворачивается на некоторый угол. При этом в тепловые зоны 4 и 5 перемещаются новые участки стенки, которые, изменяя свою температуру и размер, восстанавливают прежнюю ориентацию прогиба трубы, в результате чего она продолжает поворот с сохранением ориентации прогиба. Труба 1, вращаясь в подшипниках 2, передает через мультипликатор 3 вращение гребному винту и электрогенератору.
При этом в зоне охлаждения 5 низкая температура поддерживается циркулирующим охлаждающим потоком, отдающим свое тепло на преварительный нагрев теплового агента перед испарителем, где главным источником потребляемого тепла является тепловай ресурс забортной воды с повышенным теплообменом при движении судна..
min
max
Каналы 6 и 8 подачи теплоносителей создают плавное изменение температуры по окружности трубы на всей ее длине (см. фиг. 2) от T (вверху) до T (внизу).
Параметры всех элементов двигателя и теплового насоса определяются расчетами, исходя из требуемой мощности силовой установки.
Переход на альтернативные энергоресурсы в судоходстве сэкономит традиционное топливо, устранит расходы, связанные с его использованием, повысит безопасность при эксплуатации водного транспорта, снимет экологические проблемы.