Судновий рушійний комплекс (варіанти)

Реферат: Група винаходів належить до суднобудування. Судновий рушійний комплекс містить електрогенератор, сполучений з гребним гвинтом або механічним водометним рушієм і судновим двигуном, трубопровід викидних газів якого сполучений з першим входом водяного парогенератора, перший вихід якого сполучений з інжекторним водометним рушієм, а другий вихід - з першим входом теплообмінника. Перший вихід теплообмінника через насос живильної води сполучений з другим входом водяного парогенератора. Другий вихід теплообмінника сполучений з фільтром викидних газів. Другий вхід сполучений з виходом живильного інжектора, вхід якого сполучений з інжекторним водометним рушієм. Судновий рушійний комплекс за другим варіантом, крім того, містить механічний водометний рушій, детандер, конденсатор легкокиплячої речовини, парогенератор легкокиплячої речовини, насос легкокиплячої речовини. Технічним результатом є підвищення ефективності як кожного з рушіїв, так і рушійного комплексу в цілому з одночасним підвищенням швидкості судна. UA 102878 C2 (12) UA 102878 C2 UA 102878 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до суднобудування і стосується суднових рушіїв. Запропоноване технічне рішення може використовуватися для заміни одного із відомих суднових рушіїв, наприклад гребного гвинта на інші рушії, або для спільного застосування двох або трьох рушіїв. Відомі суднові рушії на базі гребного гвинта: в них працює газовий або паровий двигун, який обертає судновий гвинт, що засмоктує та нагнітає воду, утворюючи упор, який штовхає судно уперед [див. С.В.Антоненко "Судовые движители" ДСДТУ Владивосток, 2007 г., сс.18-23., патент Росії на винахід № 2169103]. Ці рушії є ефективними при відносно невеликих швидкостях, а надалі їх пропульсивний коефіцієнт різко падає. Окрім цього, в двигунах, які приводять до руху суднові гвинти, не використовується більша частка теплоти згоряння палива, тобто загальна ефективність суднової рушійної системи є низькою. Швидкість суден з гребними гвинтами обмежується також виникненням кавітації, яка не лише знижує ефективність системи, а також руйнує поверхню гвинтів, призводить до вібрацій та руху судна ривками. Відомі також механічні водометні рушії, в яких силовий двигун рухає водяний насос, який всмоктує та нагнітає струмінь води через спеціально спрофільовану трубу та викидає її в напрямку, зворотному до ходу судна. Ефективність таких рушіїв нижча за гребний гвинт. Але такі рушії мають прийнятні пропульсивні коефіцієнти при великих швидкостях, відзначаються доброю маневреністю, можуть використовуватись на мілководді, захищені від пошкоджень, які можуть бути завдані сторонніми предметами у воді [див. Папир А.Н. "Водометные движители малых судов" Л., "Судостроение" 1970 г.] Загальним недоліком цих двох рушіїв є наявність рухомих механізмів, які ускладнюють конструкцію рушійного блока, потребують ремонту, іноді навіть під час рейсу. Відомі також комбіновані рушії, наприклад гребний гвинт та парус або весла, але вони не знайшли поширення в суднобудуванні. Відомий також інжекторний водометний рушій Плєсцова, який описаний в книзі Куликова СВ., Храмкина М.Ф. "Водометные движители" [див. "Теория и расчеты" "Судостроение", Л., 1965 г., C. 33]. Інжекторний водометний рушій має гідрореактивний принцип роботи. Він складається з парогенератора, що сполучений із соплом інжектора, яке виходить в трубу, через трубу відбувається викид пароводяної суміші, яка відштовхує судно від маси води, що знаходиться позаду судна. Ефективність такого рушія дуже низька, він споживає велику кількість водяної пари та неспроможний надати судну високої швидкості, а тому не знайшов застосування окрім двох катерів. З науково-технічної і патентної літератури заявникам невідомі технічні рішення - комплекси судових рушіїв, які містять два або більше рушіїв. Жоден з відомих рушіїв не може бути вибраний прототипом, а критика кожного окремого рушія в описі суднового рушійного комплексу буде некоректною. В основу винаходу поставлено задачу створити судновий рушійний комплекс, в якому шляхом використання одночасно декількох рушіїв різних типів та схемного сполучення їх з вузлами енергетичної установки судна, забезпечити підвищення ефективності як кожного з рушіїв, так і рушійного комплексу в цілому та підвищити швидкість судна. Поставлена задача вирішена двома варіантами виконання суднового рушійного комплексу. В першому варіанті поставлена задача вирішена судновим рушійним комплексом, що містить електрогенератор, сполучений з гребним гвинтом або механічним водометним рушієм і судновим двигуном, трубопровід викидних газів якого сполучений з першим входом водяного парогенератора, перший вихід якого сполучений з інжекторним водометним рушієм, а другий вихід - з першим входом теплообмінника, перший вихід теплообмінника через насос живильної води сполучений з другим входом водяного парогенератора, другий вихід теплообмінника сполучений з фільтром викидних газів, а другий вхід сполучений з виходом живильного інжектора, вхід якого сполучений з інжекторним водометним рушієм. В другому варіанті поставлена задача вирішена судновим рушійним комплексом, що містить електрогенератор, сполучений з гребним гвинтом і судновим двигуном, трубопровід викидних газів якого сполучений з першим входом водяного парогенератора, перший вихід якого сполучений з інжекторним водометним рушієм, а другий - з першим входом теплообмінника, перший вихід теплообмінника через живильний водяний насос сполучений з другим входом водяного парогенератора, а другий вихід - з фільтром викидних газів, другий вхід теплообмінника сполучений з виходом живильного інжектора, вхід якого сполучений з інжекторним водометним рушієм, окрім того, комплекс містить механічний водометний рушій, сполучений з валом детандера, вихід якого сполучений з входом конденсатора легкокиплячої 1 UA 102878 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 речовини, а вхід - з парогенератором легкокиплячої речовини, який сполучений з магістраллю, що з'єднує водяний парогенератор з входом в теплообмінник і вихід теплообмінника з фільтром викидних газів, а другий вхід парогенератора легкокиплячої речовини через насос легкокиплячої речовини сполучений з конденсатором легкокиплячої речовини. Новизна технічного рішення по І варіанту виконання суднового рушійного комплексу полягає в наявності двох рушіїв - гребний гвинт або механічний водометний рушій та інжекторний водометний рушій, а також в схемі сполучення суднового двигуна і електрогенератора з водяним парогенератором, теплообмінником, живильним інжектором та інжекторним водометним рушієм або механічним водометним рушієм. Новизна технічного рішення по II варіанту виконання суднового рушійного комплексу полягає в наявності трьох рушіїв - гребний гвинт, інжекторний водометний рушій і механічний водометний рушій, а також в схемі сполучення функціональних вузлів комплексу. Технічний результат досягається завдяки тому, що: геометрія проточної частини інжектора розраховується за умови повної та миттєвої конденсації водяної пари після сопла в приєднаній масі води; водяна пара виробляється в парогенераторі, який обігрівається вихідними газами після згоряння палива в основному двигуні; інжекторний водометний рушій відсмоктує турбулентний шар води на поверхні судна, що значно, до 80 % знижує гідравлічний опір при русі судна; інжекторний водометний рушій є допоміжним та працює по одній з нижченаведених схем. Судновий рушійний комплекс зображений на кресленні, де: фіг. 1 - схема суднового рушійного комплексу з двома рушіями - гребний гвинт та інжекторний водометний рушій, варіант 1; фіг. 2 - схема суднового рушійного комплексу за варіантом 1 з двома рушіями - механічний водометний рушій та інжекторний водометний рушій; фіг. 3 - схема суднового рушійного комплексу з трьома рушіями - гребний гвинт, інжекторний водометний рушій та механічний водометний рушій варіант 2; фіг. 4 - вузол викиду концентрованого розчину з парогенератора; фіг. 5 - схема засмоктування турбулентного шару води. Судновий рушійний комплекс за першим варіантом містить електрогенератор 2, сполучений з гребним гвинтом 8 або механічним водометним рушієм 10 і судновим двигуном 1, трубопровід викидних газів якого сполучений з першим входом водяного парогенератора 3, перший вихід якого сполучений з інжекторним водометним рушієм 9, а другий вихід - з першим входом теплообмінника 4. Перший вихід теплообмінника 4 через насос живильної води 5 сполучений з другим входом водяного парогенератора 3. Другий вихід теплообмінника 4 сполучений з фільтром викидних газів 6, а другий вхід сполучений з виходом живильного інжектора 7, вхід якого сполучений з інжекторним водометним рушієм 9. Працює комплекс по першому варіанту з використанням гребного 8 та інжекторного водометного рушія 9 (фіг. 1) у такий спосіб. Основний судновий двигун 1, який працює за рахунок згоряння палива, обертає гребний гвинт 8 та водночас електрогенератор 2. Вихідні гази проходять через водяний парогенератор 3 та теплообмінник 4, в яких нагрівається та випаровується забортна вода. Пара високого тиску з водяного парогенератора 3 потрапляє до сопла інжекторних водометних рушіїв 9 та живильного інжектора 7, де розширюється та створює вакуум для приєднання маси забортної води, в якій ця пара конденсується та передає їй свою кінетичну енергію, яка трансформується в гідравлічний напір та підвищує швидкість руху судна, а в живильному інжекторі 7 відбувається підвищення тиску води, яка повертається до водяного парогенератора 3. Подальше підвищення тиску відбувається в насосі живильної води 5. Викидні гази проходять через водяний парогенератор 3, теплообмінник 4 та фільтр викидних газів 6 і потрапляють до атмосфери. Робота комплексу за варіантом 1 у разі використання механічного водометного рушія 10 (фіг. 2) відрізняється тим, що основний судновий двигун 1 приводить в дію механічний водометний рушій 10, наприклад гідравлічний насос, а живильний інжектор 7, інжекторні водометні рушії 9 та всі інші елементи працюють так, як і за попередньою схемою (фіг. 1). Судновий рушійний комплекс за другим варіантом містить електрогенератор 2, сполучений з гребним гвинтом 8 і судновим двигуном 1, трубопровід викидних газів якого сполучений з першим входом водяного парогенератора 3, перший вихід якого сполучений з інжекторним водометним рушієм 9, а другий - з першим входом теплообмінника 4, перший вихід теплообмінника 4 через живильний водяний насос 5 сполучений з другим входом водяного парогенератора 3, а другий вихід - з фільтром викидних газів 6, другий вхід теплообмінника 4 сполучений з виходом живильного інжектора 7, вхід якого сполучений з інжекторним 2 UA 102878 C2 5 10 15 20 25 30 водометним рушієм 9. Окрім того, комплекс містить механічний водометний рушій 10, сполучений з валом детандера 11, вихід якого сполучений з входом конденсатора легкокиплячої речовини 12, а вхід - з парогенератором легкокиплячої речовини 13, який сполучений з магістраллю, що з'єднує водяний парогенератор 3 з входом в теплообмінник 4 і вихід теплообмінника 4 з фільтром викидних газів 6, а другий вхід парогенератора легкокиплячої речовини 13 через насос легкокиплячої речовини 14 сполучений з конденсатором легкокиплячої речовини 12. Робота комплексу за другим варіантом відрізняється тільки у зв'язку з наявністю контуру, до складу якого входять, як наведено вище, парогенератор легкокиплячої речовини 13, детандер 11, на валу якого насаджено насос механічного водометного рушія 10, конденсатор легкокиплячої речовини 12 та насос легкокиплячої речовини 14. В цьому контурі за рахунок тепла, невикористаного в водяному парогенераторі 3, випаровується при високому тиску легкокипляча речовина, утворена пара розширюється в детандері 11, виробляючи механічну енергію. Ця енергія споживається механічним водометним рушієм 10, який всмоктує забортну воду та викидає її з утворенням упора, що спонукає рух судна. Відпрацьована в детандері 11 пара конденсується в конденсаторі легкокиплячої речовини 12, а отриманий конденсат насосом легкокиплячої речовини 14 подається до парогенератора легкокиплячої речовини 13. Всі інші елементи працюють аналогічно тому, як описано вище. На фіг. 4 наведено вузол викиду концентрованого розчину з водяного парогенератора 3. Цей розчин високого тиску та температури охолоджується в теплообміннику 4 та потрапляє в сопло живильного інжектора 7, відсмоктує забортну воду, підвищує її швидкість та викидає отриману суміш зовні, утворюючи додаткову силу тяги судна. Таким чином, можуть працювати всі три види рушіїв, що надає можливість отримати найвищу швидкість та найбільшу корисну потужність. При цьому якомога повно використовується енергія палива. Для зниження гідравлічного опору при збільшенні швидкості руху судна застосовується засмоктування турбулентного шару забортної води через усмоктувальні патрубки 15, які рівномірно розташовані вздовж зануреної в воду частини корпусу судна 16 (фіг. 5). Вода через колектори 17 потрапляє до інжекторних водометних рушіїв 9. При високих швидкостях та економних витратах палива досягається скорочення тривалості рейсів при одночасному збільшенні дедвейту судна. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 50 55 1. Судновий рушійний комплекс, що містить електрогенератор, сполучений з гребним гвинтом або механічним водометним рушієм і судновим двигуном, трубопровід викидних газів якого сполучений з першим входом водяного парогенератора, перший вихід якого сполучений з інжекторним водометним рушієм, а другий вихід - з першим входом теплообмінника, перший вихід теплообмінникачерез насос живильної води сполучений з другим входом водяного парогенератора, другий вихід теплообмінника сполучений з фільтром викидних газів, а другий вхід сполучений з виходом живильного інжектора, вхід якого сполучений з інжекторним водометним рушієм. 2. Судновий рушійний комплекс, що містить електрогенератор, сполучений з гребним гвинтом і судновим двигуном, трубопровід викидних газів якого сполучений з першим входом водяного парогенератора, перший вихід якого сполучений з інжекторним водометним рушієм, а другий - з першим входом теплообмінника, перший вихід теплообмінника через живильний водяний насос сполучений з другим входом водяного парогенератора, а другий вихід - з фільтром викидних газів, другий вхід теплообмінника сполучений з виходом живильного інжектора, вхід якого сполучений з інжекторним водометним рушієм, окрім того, комплекс містить механічний водометний рушій, сполучений з валом детандера, вихід якого сполучений з входом конденсатора легкокиплячої речовини, а вхід - з парогенератором легкокиплячої речовини, який сполучений з магістраллю, що з'єднує водяний парогенератор з входом в теплообмінник і вихід теплообмінника з фільтром викидних газів, а другий вхід парогенератора легкокиплячої речовини через насос легкокиплячої речовини сполучений з конденсатором легкокиплячої речовини. 3 UA 102878 C2 4 UA 102878 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5