Многофункциональная энергетическая установка
MULTIFUNCTIONAL POWER PLANT

Предлагаемая многофункциональная энергетическая установка относится к области «электроэнергетики и электротехники», в частности комплексу электротеплосилового энергетического агрегата.
Известна тепло-насосная установка [1], по сути, в установке отражено дополнение к двигателю внутреннего сгорания (ДВС) которое, утилизирующее оставшееся не использованную тепловую энергию для дальнейшего применения. Энергетическая установка, которая состоит из комплекса: привода, двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с электроприводом на валу, используемого в качестве генератора электрической энергии, а также второго теплового привода, (теплового насоса) с электроприводом, снабженным системой автоматики, сигнализации, управления, включающего также частотный регулятор скорости вращения.
Недостатком этого энергетического комплекса [1] является отсутствие взаимозаменяемости при необходимости увеличении функций, составляющих его силовых узлов в единой энергетической установке и ограничена в использовании, как двигатель различных транспортных средств.
Известно близкое по цели [2] "Устройство повышения надежности ходовой части водного судна", принятое за прототип.
Наиболее совершенной многофункциональной энергетической установкой, которая состоит из комплекса: вал первого привода, электродвигателя с муфтой и первым движителем, а также вал второго привода ДВС со своей муфтой и вторым движителем расположены на одной оси. Работа электродвигателя со своим движителем и работа второго привода ДВС соответственно со своим движителем автономные и не зависимы друг от друга
Вал первого привода (электродвигателя) выполнен в виде трубы (пустотелый вал) из немагнитного материала, а вал второго двигателя - ДВС выполнен в виде сплошного стержня, расположенного в полости пустотелого первого вала. Вал второго привода ДВС имеет зубчатую муфту, зубья сцепления, как на торце вала, так и по внешней поверхности от привода, имеют продольное расположение. На торце сплошного вала зубья муфты расположены по внешней поверхности вала, а смежной с ним зубчатой пары, зубья муфты расположены во внутренней поверхности пустотелого вала. На пустотелом валу двигателя привода (в области упомянутой первой муфты сплошного вала) предусмотрена вторая аналогичная конструкция зубчатой пары. Для продольного перемещения отрезка (подвижной полумуфты пары зубчатой передачи) пустотелой зубчатой передачи зацепления или разъединения для передачи крутящего момента на пару зубчатой передачи сплошного вала предусматривается система управления муфтой, а также стопор от несанкционированного его перемещения. Первая и вторая муфты, пары зубчатой пары, расположены в предусмотренных масляных емкостях, которые закреплены на опорных стойках, в этой масляной емкости также размещены опорные подшипники, предусмотренные на торцах валов. Упомянутые муфты предназначены управления функциями комплексом приводов, например, при ремонте, или смены режима работ, в частности для передачи части механической энергии ДВС на вал, электродвигателя, который может работать при необходимости в режиме работы генератора.
Недостатком этого энергетического комплекса [2] является отсутствие источника тепловой мощности для собственного потребления (нужд), при этом бросовая тепловая энергия от ДВС компенсируется охлаждением и отсутствует специальная установка с энергией для оперативного запуска ДВС. Запуск ДВС возможен, не оперативно, изменением режима энергетического комплекса.
Сущность заявляемого технического предложения состоит в том, что устройство [2] повышения надежности ходовой части водного судна, принятое за прототип, состоящий из комплекса: вал первого привода, электродвигателя с муфтой и первым движителем, а также вала второго привода ДВС со своей муфтой и вторым движителем, расположенные на одной оси, работающие автономно, независимо друг от друга, дополнено третьим приводом тепловым насосом, источником, тепловой мощности, собственного потребления (нужд), который присоединен пустотелым валом из немагнитного материала к свободному торцу вала ДВС с дополнительной муфтой сцепления, а также дополнено четвертым приводом, пневматическим, оперативного запуска ДВС, вал, в свою очередь, размещен в пустотелом валу третьего привода и присоединен дополнительной муфтой сцепления, причем валы дополненных, третьего и четвертого приводов, также расположены в одной оси, а все функции всех приводов и движителей зависят от задания положения муфт в предусмотренном программном обеспечении (ПО).
Этим программным обеспечением пользуются на транспортных средствах, подводном судне или железнодорожных локомотивах в случае аварии при традиционной системе пуска и работы ДВС или отказе электрической системы, питающая контактную сеть электрифицированной железной дороги. Преимущество технического решения состоит в универсальности, избирательности и высокой надежности работы. Например, при сбое электропитание цепей управления, автоматики, сигнализации подводное судно сохраняет плановых ход от силового двигателя и электропитание собственных нужд. При аварийной остановке при отказе основного электропитание от работающего ДВС часть энергии передается электродвигателю, который переведен в режим генератора и при этом сохраняется ход транспортного средства, оставшейся механической энергией. На примере, использовании на электрифицированной железной дороге, локомотив сохраняет ход при любом сочетании аварий.
Сущность технического предложения поясняется на рисунке Фиг. 1
На рисунке многофункциональная энергетическая установка показано: 1 - первый исполнительный механизм (движитель); 2 - первый двигатель синхронный электродвигатель; 3 - второй исполнительный механизм (движитель); 4 - второй двигатель ДВС; 5 - пустотелый вал привода электродвигателя; 6 - дополнительная опорная стойка с масляной емкостью, содержащая соединительную муфту из первой и второй зубчатой пары полумуфт, подшипников на торцах вала 5 и 7; 7 - вал сплошной стержень на втором двигателя ДВС и движителей 3 и 11; 8 - опорная стойка с муфтой сцепления; 9 - соединительная муфта; 10 - дополнительный третий привод тепловой насос, источник, тепловой мощности для собственного потребления (нужд); 11 - дополнительный четвертый привод, пневматический, собственный источник механической энергии для оперативного запуска ДВС.
Предлагаемый привод работает следующим образом.
Исходное положение покоя, привода не работают. Запускают 11 дополнительный четвертый привод, пневматический, собственный источник механической энергии для оперативного запуска ДВС. ДВС 4 вводится на нормальный режим работы со своим движителем 3. Режим хода или покоя задается муфтами посредством ПО. Далее, приводится первый исполнительный механизм 1 (движитель), например, насос, водяной винт лопастями приводится во вращение первым приводом, электродвигателем 2 (например, синхронный с электронным частотным регулятором оборотов). Электродвигателем 2 может функционировать при наличии электропитания от центрального источника, если нет, то электродвигатель 2 переводится в режим генератора на зарядку центрального источника, забирая часть механической энергии от ДВС (этот режим задается предусмотренным программным обеспечением ПО). При невозможности этого режима - часть энергии ДВС передает электродвигателю, который работает в режиме генератора электрической энергии, и оставшейся честью энергии ДВС поддерживает ход транспортного средства, включая подводный, 10 - дополнительный третий привод тепловой насос, источник, тепловой мощности для собственного потребления (нужд); Предназначен для утилизации бросовой тепловой энергии от работающего ДВС и доведения параметров тепловой энергии до технологических нужд этим решается и охлаждение ДВС.
Двигатели приводов 2, 4, 10 и 11 могут управляться как с одного командного поста управления, так и индивидуального командного поста управления, предусмотренного у каждого привода двигателя, причем управляется как числом оборотов, так и их направлением вращения, индивидуально для каждого.
Примером многофункциональности энергетического привода является ситуация, когда требуется форсирование ускорения (скорости) и повышение производительности путем увеличения вращательного момента приводов или необходимости резкой его остановки, что достигается сочетанием, комбинацией вращательных параметров, действующих в соосных валах от каждого привода. А при чрезвычайной ситуации или отказе в системе электроснабжения, на примере подводного судна, первый синхронный электродвигатель 2 переводится в режим электрического генератора. При этом часть механической энергии от второго привода 4 двигателя ДВС через механические передачи - муфты, с вала 7 на вал 5, остается на валу двигателя 4 для исполнения своей непосредственной функции - движения уже аварийного судна.
Предлагаемое техническое решение позволяет также обеспечить своей надежностью потребителей электроэнергии объектов жизнеобеспечения, например, насосные станции, при системной аварии и сохранить работу по перекачке, например, химические жидкости в режиме аварии.
При аварийной остановки движитель, например, водяной винт, то с помощью муфты расцепляется от электродвигателя, который переводится в режим генератора, а запуск ДВС в этой ситуации обеспечивается четвертым приводом с предусмотренным запасом сжатого воздуха в баллонах. Использование предлагаемого решения заключается в том, что расположение на одной оси нескольких энергетических приводов, например, на подводных судах, а также в теплотехнических и электрических приводах, располагаемых на железнодорожных локомотивах, позволяет существенно увеличить энергетическую эффективность и надежность работы транспортных средств без расширения производственной площади в ширину корпуса. Предлагаемое техническое решение позволяет разнонаправленность вращения валов с определенными углами атак лопастей и подбор параметров фазового сдвига вращений двух приводов относительно друг друга. Этим мероприятием достигается понижение звука от работы в целом всего энергетического агрегата. Это достигается дифракцией звуковых волн, издаваемых от первого и второго двигателей приводов и движителей, например, гребных винтов.
Разнонаправленность вращения валов не сказывается на скоростных параметрах судна в части ускорения движения, которые зависят от изменения угла атаки плоскостей винта и скорости вращения валов. Авторы: Ахметшин Р.С. и Ахметшин М.Р.
Использованные источники
1. Ахметшин Р.С., Харчук С.И., Арсланов И.М. Теплонасосная установка [Текст] / пат. 90177 U1 Рос. Федерация: МПК F25B 27/02/; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «КГИЭА (ИНЭКА)», заявл. 2009-08-06; опубл. 2009-12-27, Бюл. №30.
2. Ахметшин Р.С. и Ахметшин М.Р. Устройство энергетического привода. Патент изобретения №2647946, Опубл. в Бюл. №9. от 21.03.2018 г.
3. Ахметшин Р.С. и Болдырев А.И. "Устройство повышения надежности ходовой части водного судна" патент изобретения " №2617889 от 28.04.2017 г., Опубл. в Бюл. №13.