СУДНО
SHIP

Изобретение относится к судостроению и может быть использовано при создании новых типов морских грузопассажирских судов с экологически чистыми энергетическими установками.
Из уровня техники известно судно, содержащее ветродвигатель, связанный посредством вала с крыльчатым движителем. Известное судно снабжено электродвигателем, связанным с гребным винтом, электрогенератором, связанным с упомянутым валом, вторым валом с закрепленным на одном из его концов гребным винтом. Причем на другом его конце установлена коническая шестерня, взаимодействующая с конической шестерней, установленной на первом валу, а упомянутые электрический генератор и электродвигатель электрически связаны между собой (см. Патент РФ №2031053, опубл. 20.03.1995).
Недостатком известного устройства является его низкая надежность, обусловленная использованием только одного источника энергии. Кроме того, известная энергетическая установка не пригодна для морских судов с большим водоизмещением.
Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.
Технический результат заключается в повышении надежности энергосистемы судна, повышении его остойчивости при больших ветровых нагрузках и исключении возникновения опасного крена при сильных боковых ветрах.
Технический результат обеспечивается тем, что судно содержит на главной палубе по обоим бортам ряды ветродвигателей, электродвигатель, связанный с гребным винтом и соединенный с закрепленными под главной палубой электрогенераторами и с дизель-генератором, аккумуляторную батарею. При этом ветродвигатель включает крыльчатку, закрепленную на валу, содержащем карданный вал, соединенный с ротором электрогенератора, и выполненную с возможностью ее ориентирования параллельно главной палубе посредством гидравлических плунжеров.
В соответствии с частными случаями осуществления судно имеет следующие конструктивные особенности.
Аккумуляторная батарея расположена в нижней части корпуса, вдоль всего киля судна.
Вал имеет высоту 10-20 м с протяженными вдоль, по меньшей мере, части его высоты вогнутыми лопастями крыльчатки.
Устройство поясняется следующими иллюстрациями:
Фиг.1 - вид сбоку судна в разрезе;
Фиг.2 - вид сверху судна;
Фиг.3 - изображение энергосистемы судна;
Фиг.4 - изображение вертикального и горизонтального положений ветродвигателя;
Фиг.5 - изображение функции карданного вала в энергогенерирующего механизма;
Фиг.6 - схема ветрогенератора, состоящего из вала и крыльчатки, вид сверху.
Судно 1 содержит на главной палубе 2 по обоим бортам ряды ветродвигателей 3, электродвигатель 4, связанный с гребным винтом 5, электрогенераторы 6, закрепленные под главной палубой 2 и связанные с электродвигателем 4 через аккумуляторную батарею 7, и дизель-генератор 8. При этом ветродвигатель 3 включает крыльчатку 9, закрепленную на валу 10, соединенном через карданный вал 11 с ротором электрогенератора 6. При средней силе ветра вал 10 ориентирован вертикально относительно главной палубы 2. При штормовых условиях для исключения возможности повреждения ветродвигателей существует возможность ориентирования вала 10 и крыльчатки 9 под углом к палубе 2 или параллельно ей. Эта возможность обеспечивается гидравлическими плунжерами 12.
Устройство работает следующим образом.
Ветер воздействует на вогнутые лопасти крыльчатки 9, которые вращают вал 10, соединенный через карданный вал 11 с ротором электрогенератора 6, вырабатывающего постоянный электрический ток. Далее электрический ток по электрокабелям подается на клеммы аккумуляторной батареи 7 судна. От аккумуляторной батареи 7 питание может поступать на инвертор, который преобразует постоянное напряжение в переменное напряжение. Напряжение инвертора через блок управления подается на электродвигатель 4 судна, обеспечивающий вращение гребного винта 5.
При штормовых условиях для исключения возможности повреждения ветродвигателей существует возможность ориентирования вала 10 и крыльчатки 9 под углом к палубе 2 или параллельно ей. Эта возможность обеспечивается гидравлическими плунжерами 12, осуществляющими ориентирование вала 10. Приведение крыльчатки 9 в горизонтальное положение (параллельно) относительно палубы 2 не отразится отрицательно на работе ветродвигателей 3, поскольку карданный вал 11 передает вращательное движение ротору электрогенератора 6 при любом положении крыльчатки 9.
В период безветрия напряжение аккумуляторной батареи 7 начинает уменьшаться, и, по достижению порогового значения, блок управления дает сигнал на запуск дизель-генератора 8. После запуска дизель-генератора 8 электродвигатель переводится на него. Трансформатор блока оптимизации нагрузки дизель-генератора 8 представляет собой силовой трансформатор, двухсекционная первичная обмотка которого имеет по восемь отпаек с каждой стороны. Эти обмотки коммутируются пятью бесконтактными тиристорными ключами силового блока по команде, поступающей с блока управления. В каждый момент времени замкнут только один тиристорный ключ. Таким образом, меняется коэффициент трансформации трансформатора и, следовательно, напряжение вторичной обмотки. Напряжение вторичной обмотки выпрямляется диодным мостом силового блока и подается на заряд аккумуляторной батареи. Ток заряда аккумуляторной батареи обратно пропорционален коэффициенту трансформации трансформатора.
Число отпаек по количеству больше количества тиристорных ключей, что позволяет при введении комплекса в работу подстраивать блок оптимизации нагрузки дизеля по условиям работы в период безветрия.
Первичная обмотка трансформатора подключена к напряжению дизель-генератора 8. Силовая цепь дизель-генератора 8 до точки подключения трансформатора пропущена через датчик тока, который считывает сумму тока внешней нагрузки и тока заряда аккумуляторной батареи 7.
В блоке управления реализован следующий алгоритм: имеются два настраиваемых порога срабатывания по току, верхний и нижний. Верхний соответствует 80-90% номинальной нагрузки дизель-генератора 8, нижний - 60-70%. Если ток через датчик тока превысит верхний порог, блок управления немедленно разрывает первичную обмотку трансформатора. Затем блок управления начинает по очереди переключать отпайки трансформатора, поднимая его вторичное напряжение и увеличивая ток заряда. Это происходит, пока ток не превысит нижний порог срабатывания.
Когда напряжение на аккумуляторной батарее 7 достигает верхнего порогового значения, дизель-генератор 8 останавливается, вся нагрузка опять переводится на инвертор.
Схема датчика тока и блока управления реализована на программируемом процессоре. Наличие цифрового индикатора и кнопок позволяет настраивать пороги срабатывания и временные установки при настройке блока для работы с конкретным оборудованием судна 1.
Такое конструктивное выполнение позволяет обеспечить постоянное электроснабжение, не зависящее от наличия ветра, а также обеспечить дизель-генератор 8 нагрузкой на периоды работы, исключить вероятность его работы на холостом ходу и с малыми нагрузками.