NO149077B - Anlegg for oppstarting og drift av en utelukkende for undervannsdrift bestemt motor. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et anlegg for oppstarting og drift av en motor som er bestemt for undervanns-drif t, hvilken motor har et inntak for mottagelse av oksyder-

bart brennstoff og et gassinntak for mottagelse av en oksyderende gass, og et utløp hvor forbrenningsprodukter, innbefattet karbondioksyd, støtes ut sammen med noe ubrukt oksyderende gass, hvilket anlegg omfatter et kretsløp som for-

binder utløpet og gassinntaket for å motta gassene ved utløpet og tilbakeføre en del av de mottatte gasser til gassinntaket.

Det er behov for utvikling av motorer for undervannsbåter, som

er i stand til å dekke anvendelsesområdet mellom akkumulator-

og atomdrift. Dette behov har lenge gjort seg gjeldende og har fått enda større aktualitet på grunn av anvendelsen av forskning og utnyttelse av havbunnen ved hjelp av undervannsbåter med liten fortrengning og middels effekt, men med størst mulig rekkevidde.

Således er det fra US-PS nr. 3 559 402 kjent et anlegg av den innledningsvis nevnte type. Her benyttes en dieselmotor hvor en del av forbrenningsproduktene resirkuleres etter fjerning av bl. a. vanndamp og CC>2 • I den kjente syklus foretas kjølingen av forebrenningsproduktene gjennom veggen av en varmeveksler for å kondensere vann. Her får man fort det problem at uforbrente partikler avsetter seg på varmevekslerens vegger og nedsetter varmegjennomgangstallet. Karbondioksydet blir i det kjente system kondensert ved hjelp av flytende oksygen og lagret i systemet i flytende form. Dette innebærer bl.a. at man må ha varmevekslere som opererer ved kryogene temperaturer. Disse har i praksis vist seg å være meget vanskelige å holde i funksjon, fordi de meget lett vil tilstoppes og fryse istykker selv om det bare er meget små mengder vanndamp til stede i den strøm som skal avkjøles. Videre er man i den kjente syklus avhengig av å holde det kondenserte C02 nedkjølt, samtidig med at den mengde som må lagres hele tiden vil øke under systemets drift.

Foreliggende oppfinnelse har bl.a. til formål å tilveiebringe

et anlegg av den innledningsvis nevnte type, som ikke er beheftet med ovennevnte mangler og ulemper. Dette oppnås

ifølge oppfinnelsen ved at kretsløpet omfatter en sentrifugalseparator for å dele de mottatte gasser i to delstrømmer, hvorav den ene har en høyere konsentrasjon av 02 enn de mottatte gasser, og den andre har en høyere konsentrasjon av CO^ enn de mottatte gasser, hvilket kretsløp fører den ene delstrøm tilbake til gassinntaket.

I anlegget ifølge oppfinnelsen er man således ikke avhengig av varmevekslere som kan reduseres effektmessig eller stoppes til. Her kjøles forbrenningsproduktene i direkte kontakt med vann, som også vil vaske ut eventuelle faste stoffer. Kryogene varmevekslere er det heller ikke tale om, idet karbondioksydet fjernes i tilstrekkelig grad ved vanlig omgivelsestemperatur i en sentrifugalseparator. Karbondioksydet fjernes fra systemet ved et det absorberes i sjøvann, som så pumpes ut i omgivelsene, uansett hvilket trykk det her er tale om. Det gassformede karbondioksyd føres til absorpsjonsanordningen ved hjelp av en kompressor som kan operere ved relativt lavt trykk. Det trykk som skal til for å bringe det karbondioksyd-holdige vann ut i omgivelsene, besørges av pumper, slik at den energi som skal til for dette blir minimal selv ved høye om-gi vel ses trykk .

Systemet ifølge oppfinnelsen har videre også den fordel at det kan startes opp på resirkulerende gass og uten noen nødvendig-het for forvarmning av gassen. Det vil videre ses at systemet kan fungere i lengre tid ad gangen fordi man ikke har utstyr som må tas ut av drift og rengjøres med jevne mellomrom, og fordi man ikke behøver å lagre noen av forbrenningsproduktene.

Ytterligere fordelaktige trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av

de uselvstendige krav og av følgende beskrivelse av det ut-førelseseksempel på oppfinnelsen som er vist på vedføyede tegning.

Figuren viser et forenklet skjema av anlegget ifolge oppfinnelsen ved en dieselmotor utelukkende for undervannsdrift,

Anlegget omfatter i det vesentlige folgende komponenter: En trykkfast beholder S, som omslutter hele anlegget unntatt systemet for behandling og fjernelse av overskytende gasser samt brennstoff- og forbrenningsmiddelbeholderne. De anleggskompo-nenter som her er nenvt, kan dog i og for seg også være anord-net i beholderen S. En forbrenningsmotor (dieselmotor) M. En effektgenerator PU. Et system L for vasking og avkjoling av ekshaustgassene. Et system for ferskvanns-sirkulasjon i et kretslop for fasking og avkjoling av ekshaustgassene, bestående av en samlebeholder 27, en ferskvanns-sjovanns-varmeveksler 5, pumper PR1, PR2 for sirkulasjon og sproyting av ferskvannet, en pumpe PS for sjovanns-sirkulasjon. Et system V for gjenvinning av 02 og for utskilling av overskytende C02, hvor V står i forbindelse med systemet L via en rorledning 29. Et system B for oksygendosering. B står i forbindelse med system V via en rorledning 30 og er forsynt med elektroventilene for innsprøyting av 02 i forbrenningsmotorens kretslop. Et system A for blanding av innsugningsgassen. En ultralyd-gassanalysator 4 for innsugningsgassen. En gjennomstromningsmåler TR for måling av den momentane brennstoff-tilforselsmengde. En datamaskin C for styring av doseringsanordningen B. En brennstoff-beholder F. En hoytrykksbeholder D, som inneholder en gassblanding med forbe-redt sammensetning og er utstyrt med en sikkerhetsventil 23 og en trykkreduksjonsventil 25. Et hoytrykksbeholdersystem 0, som benyttes til lagring av oksygen og er forsynt med en sikkerhetsventil 22 og en trykkreduksjonsventil 24. Et system for fjernelse av C02 fra forbrenningsmotorens kretslop, som omfatter et lagringsrom 6, en droslingsklaff 7, en kapselkompressor K,

ett eller flere beholdersett, hvert på to beholdere (1,2)(bare ett beholdersett er vist i tegningen), som benyttes til pumping av gassene, til behandling av gassene med sjovann og til å fjerne brukt behandlingsvann fra fartoyet, en overtrykksventil 26.for eventuell gjenvinning av oksygenet i ekshausten, elektroventiler N,0,Q,R,S, pumper PV,VP og forstovere V for fortløpen-de gjennomføring av de nevnte arbeidsganger etter ordre fra en anordning for vannstands- og trykkovervåkning T.

For oppstarting og for ytterligere oppstartinger etter repara-sjoner eller inngrep i oppdykket tilstand, hvor luft har kunnet komme inn i motorens kretslop, benyttes folgende fremgangsmåte: a) Etter lukking av ventilene 31 og 22 og manuell åpning av ventilene 0^, O^ i N^, N2, utkobling av overvåkningsanordningen T og åpning av ventilen 23, settes motoren M i dreining ved hjelp av sin startmotor, slik at inntrengt luft stotes ut fra motorens kretslop og erstattes av en gassblanding av CC^-^ ^v. rent CXD^.

b) Etter at trinn a er fullfort, lukkes ventilene 23, 0^, O^, N^, N,,, overvåkningsanordningen T gjeninnkobles og ventilene 31

og 22 åpnes.

Etter kontroll av at det ikke foreligger noe nitrogen i kretslopet, kan motoren startes opp.

Ved oppstarting i neddykket tilstand, begynner fremgangsmåten med trinn b, da det ikke kan foreligge noe nitrogen i kretslopet.

Ved varig drift mates avgassene s'-«m er anriket med vanndamp og CC>2 fra forbrenningsprosessen, via rorledningen 28 til vaske-systemet L.

Ved hjelp av pumpesystemet PR blir en passende vannmengde fra beholderen 27 sproytet inn her og forstovet. Vannet avkjoler avgassene ved kondensering av den overskytende vanndampen i avgassen og fanger samtidig opp faste partikler og uforbrente substanser i avgassene. I systemet L foreligger en hvirvel-fremkaller og en syklon, som fraskiller væsker og faste partikler fra gassene. Væskene og de faste partiklene samles da ved omkretsen og fores til beholderen 27. De rensede gasser som ledes gjennom ledningen 29, trer derimot inn i sentrifugal-utskilleren V.

i

På grunn av at den spesifikke vekt av C02 skiller seg fra oksy-genets, skjer det en slik atskillelse i V at de perifere lag anrikes med CO^ og de sentrale lag anrikes med 02« De 02~anri-kede gassene ledes via den sentrale ledning 30 til doseringsanordningen B, hvor de anrikes med den ytterligere oksygenmengde som er nodvendig for oppnåelse av en prosentsats som er nodvendig for upåklagelig forbrenning.

Gassene går så via gassanalysatoren 4 til blanderen A og der-fra til motorens innsugningsror. Datamaskinen C mottar på inn-gangssiden data om det momentane brennstoff-forbruk. Disse data registreres kontinuerlig av gjennomstromningsmåleren TR. Datamaskinen C mottar videre data om den momentane verdi av prosent-andelen av 0 i gassene som strommer gjennom blanderen A. Disse data oppnås ved hjelp av gassanalysatoren 4. Ved bearbeidelse av de innforte data i reell tid, avgir datamaskinen på utgangs-siden informasjon for styring av (de minst fire) elektroventiler for doseringsanordningen B. Disse elektroventiler har fin-innstilte dyser, hvor gjennomstromningsmengdene i geometrisk gjennomsnitt svarer til okende verdier.

Sammenforingen av disse gjennomstromningsmengder muliggjor en noyaktig dosering av oksygenet som skal tilfores.

De C02~anrikede gassene ved omkretsen av sentrifugalavskille-ren V går automatisk til lagerrommet 6, hvor væskerestene fanges opp og ledes tilbake til beholderen 27.

Fra magasinet 6 suges gassene til kapselkompressoren K via droslingsklaffen 7 og pumpes med lavt trykk til systemet hhv. systemene for gassbehandling og fjernelse av det brukte behandling svannet .

Droslingsklaffen 7 styres av en pnevmatisk og/eller elektrisk-elektronisk styreinnretning, som reagerer på det absolutte trykk i motorens kretslop, slik at fodemengden fra kapselkompressor K reguleres for å holde dette trykk konstant.

Systemet for gassbehandling og fjernelse av det brukte behand-lingsvannet er innrettet slik at det i lopet av enhver arbeidssekvens, under tilsvarende styring av vedkommende elektroventiler til enhver tid er en av beholderne som horer til et be-holderpar, som brukes til opptagelse av de komprimerte gasser, mens den andre beholder i paret brukes til behandling av vann som er mettet med CO^ og til etterfylling av rent vann.

For at dette systems virkemåte skal bli lettere forståelig be-skrives i det folgende den arbeidssekvens, hvor beholderen 2 lades med gass fra kompressoren K. I begynnelsen av denne arbeidssekvens er beholderen 2 fylt med rent vann og beholderen 1 med gass som er komprimert til kompressorens maksimale trykk.

Arbeidssekvensen begynner når elektroventilene N, 0, Q, R, S inntar folgende stilling, styrt av overvåkningsanordningen T:

I denne tilstand, mens kompressoren forsyner beholderen 2 med gass, suger pumpen PV vann fra beholderen 2 og pumper dette inn i beholderen 1 under forstovning.

Med okende vannstand i beholderen 1 stiger trykket og CO^ opp-tas av vannet i okende mengder. Når den innstilte verdi av trykket er nådd, åpnes overtrykksventilen 26 og lar de nå O^-anrike-de gasser som befinner seg i ovre del av beholderen 1, flyte inn i kretslopet for motoren, slik at eventuelle rester av C>2 i ekshaustgassene gjenvinnes.

Så snart nevnte, forutbestemte trykkverdi i beholderen 1 (f. eks. 50 ata) er nådd, tilforer overtrykksventilen 26 02~rik gass til motorens kretslop, inntil beholderen 1 er fylt med vann. Flottorventilen (som bare er antydet i tegningen) i denne beholder bevirker via overvåkningsanordningen T lukking av ventilene s^'^2°^ åpning av ventilene Dermed begynner vaskefasen i beholder 1, som gjennomføres ved hjelp av pumpen VP og ved bruk av sjovann. Denne arbeidsfase avsluttes ved oppnåelse av den fastsatte (lave) trykkverdi i beholder 2 (f.eks.

8 ata).

Den nettopp omtalte arbeidssekvens gjentas nå, mens beholdernes

1 og 2 funksjoner er byttet om.

Da overtrykkventilens 26 utlosningstrykk er fastlagt, er de nødvendige effekter for drift av kompressoren K og av pumpene PV og VP ved dette system på onsket måte konstante størrelser som er uavhengige av neddykkingsdybden ved konstant belastning av motoren.

Claims (8)

1. Anlegg for oppstarting og drift av en motor som er bestemt for undervannsdrift, hvilken motor (M) har et inntak for mottagelse av oksyderbart brennstoff og et gassinntak for mottagelse av en oksyderende gass, og et utløp hvor forbrenningsprodukter, innbefattet karbondioksyd, støtes ut sammen med noe ubrukt oksyderende gass, hvilket anlegg omfatter et kretsløp (L, V, B, A) som forbinder utløpet og gassinntaket for å motta gassene ved utløpet og tilbakeføre en del av de mottatte gasser til gassinntaket, karakterisert ved at kretsløpet omfatter en sentrifugalseparator (V) for å dele de mottatte gasser i to delstrøm-mer, hvorav den ene har en høyere konsentrasjon av enn de mottatte gasser og den andre har en høyere konsentrasjon CC>2 enn de mottatte gasser, hvilket kretsløp fører den ene delstrøm tilbake til gassinntaket.

2. Anlegg ifølge krav 1, omfattende midler for fjerning av karbondioksyd som er forbundet med kretsløpet for å motta den andre delstrøm, fjerne en betydelig del av CC>2 fra denne og deretter returnere den gjenværende del av delstrømmen til kretsløpet for levering til motorens gassinntak, karakterisert ved at midlene for fjerning av karbondioksyd omfatter en behandlingstank (1, 2), en lavtrykkskom-pressor (K) som forbinder kretsløpet med tanken (1, 2) og som mater den andre delstrøm til behandlingstanken (1, 2), og midler (V-^, V^) for behandling av vann forbundet med tanken for å bringe gassene i tanken i inngående kontakt med vannet og for å øke fluidtrykket i tanken, hvorved vannet i tanken vil oppta en betydelig mengde av karbondioksyden som er til-stede i gassene i tanken.

3. Anlegg ifølge krav 2, karakterisert ved at midlene for fjerning av karbondioksyd videre omfatter en ytterligere behandlingstank ( 2, 1) og ventiler og kanaler som forbinder de to behandlingstanker i parallell for alternerende å motta nevnte andre delstrøm og fjerning av en betydelig mengde C02 fra denne.

4. Anlegg ifølge krav 3, karakterisert ved at midlene for behandling av vann er innrettet til å pumpe vann fra en første av tankene (1, 2) som er avstengt fra kompressoren (K), inn i den andre (2, 1) av tankene som mottar nevnte andre delstrøm fra kompressoren, og som når nevnte betydelige mengde C02 er blitt fjernet fra gassene i den andre av tankene (2, 1), er innrettet til å erstatte vannet i den andre tanken med friskt vann, hvilket friskt vann deretter benyttes for tilførsel til den første av tankene (1, 2) under den alternerende del av syklusen hvorunder den første av tankene mottar nevnte andre delstrøm.

5. Anlegg ifølge krav 4, karakterisert ved at midlene for fjerning av karbondioksyd omfatter en reguleringsventil (7) oppstrøms for kompressoren (K) for regulering av kompressorens leveringsmengde slik at trykket av gassene i kretsløpet forblir konstant.

6. Anlegg ifølge krav 4, karakterisert ved at det omfatter reguleringsmidler (T) som er forbundet med ventilene (N,0,Q,R,S) for å alternere funksjonen av de to behandlingstanker (1, 2), og følere i hver tank (1, 2) som reagerer på relativt høyt vannivå i tanken.

7. Anlegg ifølge krav 2, karakterisert ved at kretsløpet omfatter en gassrenseanordning for rensing av utløpsgassene og fjerning av vann fra disse, hvilken gassrenseanordning omfatter en vannoppsamlingstank (27) og videre omfatter en tank (6) som danner et lagringskammer mellom sentrifugalseparatoren (V) og kontrollventilen (7), samt midler for returnering av væske fra lagringskammeret (6) til vannoppsamlingstanken (27).

8. Anlegg ifølge krav 1, karakterisert ved at kretsløpet omfatter en gassrenseanordning (L) for rensing av utløpsgasser og fjerning av^vann fra disse, hvilken gassrenseanordning befinner seg oppstrøms for sentrifugalseparatoren (V) og har en rekke midler for å bringe utløpsgas-sene i kontakt med vann, samt en hvirvelgenerator og en syklon-separator.