RU176333U1

RU176333U1 - Energy-saving installation of a riverboat

Info

Publication number: RU176333U1
Application number: RU2016148025U
Authority: RU
Inventors: Виталий Никифорович Тимофеев; Федор Николаевич Чесухин; Дмитрий Витальевич Тимофеев
Original assignee: Виталий Никифорович Тимофеев
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2016-12-07
Publication date: 2018-01-17

Abstract

Полезная модель относится к дизелестроению и может быть использована дизельными установками судов речного флота. Энергосберегающая установка речного судна содержит главный судовой дизель с валогенератором, дизель-генератор, рабочие системы дизеля, пульт управления, главный распределительный щит, потребители электрической и тепловой энергии, паровую турбину с генератором. При этом энергосберегающая установка дополнительно содержит тепловой насос, вход которого через испаритель подключен к низкопотенциальному источнику энергии - забортной воде, выход - к паровой турбине с возможностью подключения: через генератор к главному распределительному щитку; через конденсатор к тепловым потребителям и рабочим системам главного судового дизеля. Достигается обеспечение судовых потребителей электрической или тепловой энергией как в ходовом режиме, так и во время вынужденной остановки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to diesel engineering and can be used by diesel installations of river fleet vessels. The energy-saving installation of a river vessel contains a main marine diesel engine with a shaft generator, a diesel generator, diesel operating systems, a control panel, a main switchboard, consumers of electric and thermal energy, a steam turbine with a generator. At the same time, the energy-saving installation additionally contains a heat pump, the input of which through the evaporator is connected to a low-potential source of energy - sea water, the output - to a steam turbine with the ability to connect: through a generator to the main distribution panel; through a condenser to thermal consumers and the working systems of the main marine diesel. Achieving the supply of ship consumers with electrical or thermal energy both in running mode and during a forced stop. 1 s.p. f-ly, 1 ill.

Description

Полезная модель относится к судостроению и может быть использована речными судами внутреннего плавания для обеспечения движения, снабжения электрической и тепловой энергией судовые потребители, обеспечения функционирования механизмов и устройств, создания условий обитаемости в служебных и жилых помещениях и т.д.The utility model relates to shipbuilding and can be used by inland navigation river vessels to provide movement, supply electrical and thermal energy to ship consumers, ensure the functioning of mechanisms and devices, create habitable conditions in office and residential premises, etc.

Известно а.с. «Устройство отбора мощности от главных двигателей» [1], которое направлено для его использования на маломерных судах внутреннего плавания. Устройство содержит разъемный корпус, в котором расположены ведущий и ведомый валы с многодисковой фрикционной муфтой. Механизм бокового отбора установлен посредством подшипников на ведущем валу и связан с кулачковой муфтой, ведущая полумуфта которой смонтирована на приводной полумуфте подвижно в аксиальном направлении, причем на корпусе выполнены приливы для установки и крепления лап смежных двигателей.It is known A.S. “A power take-off device from the main engines” [1], which is directed for its use on small inland vessels. The device comprises a detachable housing in which the driving and driven shafts with a multi-plate friction clutch are located. The lateral selection mechanism is mounted by means of bearings on the drive shaft and connected to a cam clutch, the drive coupling of which is mounted on the drive coupling half axially, and tides are made on the housing for mounting and fixing paws of adjacent motors.

Основным недостатком устройства отбора мощности является зависимость его работы от скорости движения судна, т.е. изменение частоты вращения гребного вала, непосредственно связано с изменением частоты вращения генератора, в результате чего выходные параметры валогенератора - напряжение и частота, уменьшаются от номинальных значений при ходе со скоростью «полный» до нуля при постановке главных машин на «стоп». Это в свою очередь:The main disadvantage of the power take-off device is the dependence of its operation on the speed of the vessel, i.e. the change in the rotational speed of the propeller shaft is directly related to the change in the rotational speed of the generator, as a result of which the output parameters of the shaft generator — voltage and frequency — decrease from the nominal values during the stroke at the speed “full” to zero when the main machines are set to “stop”. This in turn:

- затрудняет или делает почти невозможной параллельную работу с автономными генераторами;- complicates or makes it almost impossible to parallel work with autonomous generators;

- требует быстрого включения резервного источника электроэнергии при постановке машин на «стоп»;- requires quick inclusion of a backup source of electricity when setting the machines to "stop";

Кроме того, происходит потеря мощности главного судового дизеля.In addition, there is a loss of power of the main marine diesel.

Наиболее близким техническим решением является «Электроэнергитеческая установка речного судна» [2], которая содержит главный судовой дизель, валогенератор, судовой термоэлектрический генератор (ТЭГ, солнечный термоэлектрический генератор (СТЭГ), аккумуляторные батареи. Эти элементы обеспечивают электроэнергией, как в ходовом режиме, так и во время вынужденной стоянки.The closest technical solution is the “Electricity installation of a river vessel” [2], which contains the main marine diesel engine, shaft generator, marine thermoelectric generator (TEG, solar thermoelectric generator (STEG), storage batteries. These elements provide electricity, both in running mode, and and during forced parking.

Основным недостатком этой установки является то, что ТЭГ и СТЭГ обладают низким КПД, а СТЭГ может работать только в солнечную погоду. Кроме того - на судне имеются трудности по установке СТЭГ;The main disadvantage of this installation is that TEG and STEG have low efficiency, and STEG can only work in sunny weather. In addition - the vessel has difficulty installing the STEG;

- в установке не предусмотрено обеспечение тепловой энергией в служебных и жилых помещениях.- the installation does not provide for thermal energy in office and residential premises.

Заявляемая модель решает задачу создания энергосберегающей установки речного судна.The inventive model solves the problem of creating an energy-saving installation of a river vessel.

Техническим результатом при этом является обеспечение энергетической установки дополнительным источником электрической, тепловой и энергии холода в результате применения теплового насоса.The technical result in this case is to provide the power plant with an additional source of electric, thermal and cold energy as a result of using a heat pump.

Технический результат достигается тем, что в известной энергосберегающей установке, содержащей главный судовой дизель с валогенератором, дизель-генератор, рабочие системы дизеля, пульт управления, главный распределительный щит, потребители электрической и тепловой энергии, паровую турбину с генератором дополнительно содержит тепловой насос, вход которого через испаритель подключен к низкопотенциальному источнику энергии - забортной воде, выход - к паровой турбине с возможностью подключения: через генератор к главному распределительному щитку; через конденсатор к тепловым потребителям и рабочим системам главного судового дизеля. Кроме того, охлажденный низкопотенциальный (забортная вода) источник энергии подключен к рабочим системам главного судового дизеля.The technical result is achieved by the fact that in the well-known energy-saving installation containing the main marine diesel engine with a shaft generator, diesel generator, diesel operating systems, control panel, main distribution panel, consumers of electric and thermal energy, the steam turbine with the generator additionally contains a heat pump, the input of which through the evaporator it is connected to a low-potential source of energy - sea water, the output - to a steam turbine with the ability to connect: through the generator to the main distributor CB visor; through a condenser to thermal consumers and the working systems of the main marine diesel. In addition, a cooled low-potential (sea water) energy source is connected to the working systems of the main marine diesel engine.

На фиг. 1 представлена заявляемая полезная модель, которая содержит главный судовой дизель 1 с валогенератором 2, дизель-генератор 3, тепловой насос 4, паровую турбину 5 с генератором 6, главный распределительный щит 7, аккумуляторные батареи 8, судовой потребитель электроэнергии 9, пульт управления 10; переключатели: валогенератора 11, дизель-генератора 12, теплового насоса 13; клинкет 14, электрический насос 15; электронные трехходовые вентили (3ХВ) 16, 17, 18; потребитель тепловой энергии в служебных и жилых помещениях 19, потребитель тепловой энергии в рабочих системах 20 дизеля; элементы теплового насоса: испаритель 21, электрический компрессор 22, конденсатор 23, электрический насос 24, дроссель 25; каналы охлаждающей забортной воды 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33; каналы теплоносителя 34. 35, 36, 37, 38; каналы хладагента 39, 40, 41, 42, 43; каналы выработанной электроэнергии 44, 45, 46; каналы подачи электроэнергии 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58.In FIG. 1 presents the claimed utility model, which contains the main marine diesel 1 with a shaft generator 2, diesel generator 3, a heat pump 4, a steam turbine 5 with a generator 6, the main switchboard 7, batteries 8, a ship’s consumer of electricity 9, a control panel 10; switches: shaft generator 11, diesel generator 12, heat pump 13; clinket 14, electric pump 15; electronic three-way valves (3XB) 16, 17, 18; thermal energy consumer in office and residential premises 19, thermal energy consumer in diesel operating systems 20; heat pump elements: evaporator 21, electric compressor 22, condenser 23, electric pump 24, inductor 25; channels of cooling sea water 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33; coolant channels 34. 35, 36, 37, 38; refrigerant channels 39, 40, 41, 42, 43; channels of generated electricity 44, 45, 46; power supply channels 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58.

Потребитель тепловой энергии 19 позволяет создавать комфортные бытовые условия, обеспечивая тепловой энергией в служебных и жилых помещениях.The consumer of thermal energy 19 allows you to create comfortable living conditions, providing thermal energy in office and residential premises.

Электронный трехходовой вентиль 18 и канал 35 обеспечивают тепловой энергией рабочие системы 20 главного судового дизеля 1 для предпускового подогрева, а также подогрева топлива, масла, наддувочного воздуха в холодное время года.The electronic three-way valve 18 and channel 35 provide thermal energy to the working systems 20 of the main marine diesel engine 1 for prestarting heating, as well as heating of fuel, oil, charge air in the cold season.

Забортная вода предназначена для поддержания требуемого теплового состояния в рабочих системах 20 дизеля 1, а в испарителе 21 теплового насоса выполняет функцию низкопотенциального источника энергии, при этом во время испарения хладагента низкопотенциальный источник энергии охлаждается и по каналам 33, 28 поступает в рабочие системы 20 дизеля 1 и используется для поддержания требуемого теплового состояния дизеля 1 в теплое время года.Seawater is designed to maintain the required thermal state in the operating systems 20 of the diesel 1, and in the evaporator 21 of the heat pump performs the function of a low potential energy source, while during the evaporation of the refrigerant the low potential energy source is cooled and enters the working systems 20 of the diesel 1 through channels 33, 28 and is used to maintain the required thermal state of diesel 1 in the warm season.

В тепловом насосе 4 циркулирует хладагент, выполняя свой рабочий цикл, обеспечивая паровую турбину рабочим паром, параметры которого получают расчетным путем.In the heat pump 4, the refrigerant circulates, performing its duty cycle, providing the steam turbine with working steam, the parameters of which are obtained by calculation.

Пульт управления 10 позволяет управлять работой источников электроэнергии переключателями 11, 12, 13.The control panel 10 allows you to control the operation of electric power sources by switches 11, 12, 13.

Электронные трехходовые вентили 16, 17, 18 выполняются по патенту [3] и служат: 16 - при работе теплового насоса открывает кроме канала 28 канал 30 и низкопотенциальный источник энергии подается в испаритель 21; 17 - открывает канал 33 и в теплое время года охлажденный низкопотенциальный источник энергии (забортная вода) в испарителе 21 по каналу 28 подается в рабочие системы дизеля, например, в систему охлаждения или в систему наддувочного воздуха и позволяет поддерживать требуемое тепловое состояние дизеля 1; 18 - открывает канал 35 и теплоноситель, подогретый в конденсаторе 23 подается в рабочие системы для предпускового подогрева и поддержания требуемого температурного режима наддувочного воздуха на частичных режимах, например при эксплуатации судна на севере.Electronic three-way valves 16, 17, 18 are made according to the patent [3] and serve: 16 - when the heat pump is running, it opens channel 30 in addition to channel 28 and a low-potential energy source is supplied to the evaporator 21; 17 - opens the channel 33 and in the warm season, a cooled low-potential energy source (sea water) in the evaporator 21 through the channel 28 is supplied to the diesel operating systems, for example, to the cooling system or to the charge air system and allows to maintain the required thermal state of diesel 1; 18 - opens the channel 35 and the coolant heated in the condenser 23 is supplied to the working systems for preheating and maintaining the required temperature regime of charge air in partial modes, for example, when operating the vessel in the north.

В тепловом насосе 4 циркулирует низкокипящее вещество (хладагент): из конденсатора 23 конденсированный хладагент через канал 39, электрический насос 24, канал 40, дроссель 25 подается в испаритель 21, при этом в дросселе 25 хладагент дросселируется и начинается процесс кипения, а в испарителе 21 в результате теплообмена с низкокипящим источником энергии хладагент превращается в пар и по каналу 41 подается в компрессор 22, где в результате сжатия повышается его давление и температура. Далее по каналу 42 пар поступает в турбину 5 и совершается рабочий процесс, приводится в действие генератор 6 и выработка электроэнергии. Отработанный пар по каналу 43 подается в конденсатор 23, где в результате теплообмена с теплоносителем конденсируется, т.е. превращается в жидкость и цикл повторяется.In the heat pump 4, a low-boiling substance (refrigerant) circulates: from the condenser 23 the condensed refrigerant through the channel 39, the electric pump 24, the channel 40, the choke 25 is supplied to the evaporator 21, while in the choke 25 the refrigerant is throttled and the boiling process starts, and in the evaporator 21 as a result of heat exchange with a low-boiling source of energy, the refrigerant is converted into steam and fed through the channel 41 to the compressor 22, where its pressure and temperature increase as a result of compression. Further, through the channel 42, the steam enters the turbine 5 and the working process is completed, the generator 6 is driven and the electricity is generated. The exhaust steam is fed through a channel 43 to a condenser 23, where it condenses as a result of heat exchange with a heat carrier, i.e. turns into a liquid and the cycle repeats.

Валогенератор 2 с помощью электрической муфты подключен к главному дизелю 1 и служит для выработки электроэнергии при работе дизеля 1 на номинальных нагрузках.The shaft generator 2 is connected to the main diesel engine 1 by means of an electric coupling and is used to generate electricity when the diesel engine 1 is operating at rated loads.

Главный распределительный щит 7 служит для приема вырабатываемой электроэнергии валогенератором 2, дизель-генератором 3 и тепловым насосом 4; преобразования ее в требуемое напряжение для питания силовых потребителей; освещения, различных видов связи и сигнализации и т.п.The main switchboard 7 serves to receive the generated electricity by a shaft generator 2, a diesel generator 3 and a heat pump 4; converting it to the required voltage to power power consumers; lighting, various types of communication and signaling, etc.

Предложенная энергосберегающая установка работает следующим образом.The proposed energy-saving installation works as follows.

1. Пусть судно находиться в порту на вынужденной остановке и снимается с якоря для совершения своего рейса.1. Let the ship be in the port at the emergency stop and anchor to complete its voyage.

В этом случае в зависимости от обстановки, времени работает дизель-генератор 3, который обеспечивает судовые потребители электроэнергией. Запускается главный судовой дизель 1 (операция пуска на фиг. 1 не показана), происходит увеличение нагрузки, и дизель выходит на номинальный режим. После выхода дизеля 1 на номинальный режим переключателем 11 по каналу 58 подается электроэнергия на валогенератор 2, который приводиться в рабочее состояние. При этом дизель-генератор 3 переключателем 12 останавливают его работу, а выработанная электроэнергия валогенератором 2 по каналу 44 подается на главный распределительный щит 7, который по каналу 55 начинает подавать электроэнергию на судовые потребители электроэнергии 9. Во время переключения от дизель-генератора 2 на валогенератор 3 судовые потребители электроэнергии 9 обеспечиваются аккумуляторными батареями 8 подачей электроэнергии через канал 54, главный распределительный щит 7 и канал 54. После начала работы валогенератора 2 происходит зарядка аккумуляторных батарей 8 подачей электроэнергии по каналу 53.In this case, depending on the situation, the time the diesel generator 3 is operating, which provides ship consumers with electricity. The main marine diesel engine 1 is started (the starting operation in Fig. 1 is not shown), the load increases, and the diesel engine reaches its rated mode. After the diesel engine 1 reaches the nominal mode, the switch 11 supplies the electric power to the shaft generator 2 through the channel 58, which is brought into working condition. In this case, the diesel generator 3 by the switch 12 stops its operation, and the generated electricity by the shaft generator 2 is fed through the channel 44 to the main switchboard 7, which through the channel 55 begins to supply electricity to the ship's electricity consumers 9. During the switch from the diesel generator 2 to the shaft generator 3 ship electricity consumers 9 are provided with batteries 8 by supplying electricity through channel 54, the main switchboard 7 and channel 54. After the shaft generator 2 starts working, Charging batteries 8 supply power through the channel 53.

При прохождении судном труднопроходимых участков, а также при выполнении маневров во время шлюзования и т.п. предлагаемая система переходит на режим работы с использованием теплового насоса.When the vessel passes through difficult terrain, as well as when performing maneuvers during sluicing, etc. the proposed system goes into operation using a heat pump.

Для этого переключателем 13 подается электроэнергия на ГРЩ 7, который запускает тепловой насос 4.For this, the switch 13 supplies electric power to the main switchboard 7, which starts the heat pump 4.

При этомWherein

- ГРЩ 7 подачей электроэнергии по каналам 48, 49, 50 приводит в рабочее положение 3ХВ 16, 17, 18; а подачей электроэнергии по каналам 51, 52 - электрический насос 24 и компрессор 22.- main switchboard 7, by supplying electricity through channels 48, 49, 50, brings into operation position 3XB 16, 17, 18; and the supply of electricity through channels 51, 52 - an electric pump 24 and a compressor 22.

3ХВ 16 открывает канал 30, и одновременно начинается подача забортной воды по каналам 28 в рабочие системы 20, а по каналу 30 в испаритель 21 теплового насоса 4; ТХВ 17 открывает каналы 31, 32, а при необходимости регулирования температурного режима рабочих систем 20 дизеля 1 канал 33; ТХВ 18 открывает каналы 34, 37, а при необходимости регулирования теплового состояния дизеля - канал 35.3XB 16 opens the channel 30, and at the same time, the supply of overboard water through the channels 28 to the working systems 20 begins, and along the channel 30 to the evaporator 21 of the heat pump 4; TXV 17 opens the channels 31, 32, and if necessary, regulate the temperature of the working systems 20 of the diesel engine 1 channel 33; TXV 18 opens channels 34, 37, and, if necessary, control the thermal state of the diesel engine, channel 35.

Хладагент из конденсатора 23 в жидком состоянии поступает в электрический насос 24, где увеличивается давление хладагента и по каналу 40 через дроссель 25 подается в испаритель 21, где в результате теплообмена с забортной водой (низкопотенциальным источником энергии) происходит кипение и в парообразном состоянии хладагент по каналу 41 подается в компрессор 22, где происходит увеличение его давления и температуры. Далее по каналу 42 поступает в турбину 5, где совершается рабочий цикл, при этом генератор вырабатывает электроэнергию, которая по каналу 46 подается в ГРЩ 7 и начинается питание электроэнергией судовых потребителей от теплового насоса 4. При этом, аналогично во время переключения от валогенератора 2 к тепловому насосу 4 судовые потребители работают от аккумуляторных батарей 8.The refrigerant from the condenser 23 in the liquid state enters the electric pump 24, where the refrigerant pressure increases and through the channel 40 through the throttle 25 it is supplied to the evaporator 21, where as a result of heat exchange with sea water (low potential energy source), the refrigerant boils through the channel 41 is supplied to compressor 22, where its pressure and temperature increase. Then, through channel 42, it enters the turbine 5, where the duty cycle is performed, while the generator generates electricity, which is fed through channel 46 to the main switchboard 7 and begins to supply electrical energy to ship consumers from the heat pump 4. At the same time, it is similar during switching from the shaft generator 2 to heat pump 4 ship consumers operate from batteries 8.

Таким образом, предлагаемая судовая энергосберегающая установка позволяет модернизировать энергетическую установку, обеспечивая судовые потребители электрической и тепловой энергией, как в ходовом режиме, так и во время вынужденной остановки, исключая работу дизель-генератора без особой необходимости, что приводит к топливной экономичности. При этом решаются проблемы экологии и защиты окружающей среды, а дизель-генератор 3 выполняет только функцию резервного источника электроэнергии.Thus, the proposed ship energy-saving installation allows you to upgrade the power plant, providing ship consumers with electric and thermal energy, both in running mode and during a forced stop, excluding the operation of the diesel generator without special need, which leads to fuel economy. This solves the problems of ecology and environmental protection, and the diesel generator 3 performs only the function of a backup source of electricity.

Источники информацииInformation sources

1. А.С. №111472069, M63J 3/02. Устройство отбора мощности от двигателей / А.Д. Пожидаев, В.А. Черданцев, М.Е. Морев. Опубд. 11.09.75.1. A.S. No. 111472069, M63J 3/02. A device for power take-off from engines / A.D. Pozhidaev, V.A. Cherdantsev, M.E. Morev. Opubd. 09/11/75.

2. Патент №96550, МПК В63Н 23/24, F24J 2/00. Электроэнергетическая установка речного судна / В.Н. Тимофеев, Д.В. Тимофеев. Опубл. 10.08.2010, бюл. №22.2. Patent No. 96550, IPC B63H 23/24, F24J 2/00. Electric power plant of a river ship / V.N. Timofeev, D.V. Timofeev. Publ. 08/10/2010, bull. Number 22.

3. Патент №2270923, F01P 7/16. Электрический термостат / В.Н. Тимофеев, Н.П. Кузин, А.Н. Краснов; опубл. в БИ 27.02.2006.3. Patent No. 2270923, F01P 7/16. Electric thermostat / V.N. Timofeev, N.P. Kuzin, A.N. Krasnov; publ. in BI February 27, 2006.

Claims

1. Energy-saving installation of a river vessel, comprising a main marine diesel engine with a shaft generator, a diesel generator, diesel operating systems, a control panel, a main switchboard, consumers of electric and thermal energy, a steam turbine with a generator, characterized in that it further comprises a heat pump, whose input through the evaporator is connected to a low-potential source of energy - sea water, the output - to a steam turbine with the ability to connect: through a generator to the main distribution panel; through a condenser to thermal consumers and the working systems of the main marine diesel.

2. The energy-saving installation of a river vessel according to claim 1, characterized in that the cooled low-potential (seawater) energy source is connected to the working systems of the main marine diesel engine.