RU2150408C1

RU2150408C1 - Marine hydraulic power plant

Info

Publication number: RU2150408C1
Application number: RU98112266A
Authority: RU
Inventors: В.В. Олексенко; А.М. Плеханов
Original assignee: ТОО "Альфа-Ост"
Priority date: 1998-07-07
Filing date: 1998-07-07
Publication date: 2000-06-10

Abstract

FIELD: shipbuilding; dynamic recuperation of power of hydraulic flow for sea-going vessels, sailing vessels inclusive. SUBSTANCE: marine hydraulic power plant includes magnetohydrodynamic generator fitted on pipe line laid along longitudinal axis of symmetry of ship. This pipe line is provided with two water intake holes located symmetrically on port and starboard sides in fore section of ship. Outlet branch pipe is located in aft portion of ship; water intake holes are separated by steering gear. EFFECT: enhanced safety of navigation; enhanced economical efficiency; reduced emissions of toxic agents; reduction of noise level; enhanced efficiency. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к судостроению, в частности к судовым гидроэнергетическим установкам. The invention relates to shipbuilding, in particular to ship hydropower installations.

Известна обеспечивающая динамическую рекуперацию энергии "Система утилизации энергии гидравлического потока, возникающего при движении судна" (ФРГ, патент DE 3109121 A1, М. Кл.⁵ В 63 J 3/00, 1982), содержащая электрогенератор, турбину, установленную в трубопроводе, расположенном вдоль продольной оси симметрии судна и снабженном размещенными в днище судна водозаборным отверстием и выходным патрубком.Known for providing dynamic energy recovery "System for the recovery of energy of the hydraulic flow arising from the movement of the vessel" (Germany, patent DE 3109121 A1, M. Cl. ⁵ B 63 J 3/00, 1982), containing an electric generator, a turbine installed in the pipeline located along the longitudinal axis of symmetry of the vessel and equipped with a water intake located at the bottom of the vessel and an outlet.

Однако конструкция прототипа обладает рядом недостатков:
1. Турбина внутри трубопровода ничем не защищена от повреждения, например, осколками льда или иными плавающими твердыми предметами, поэтому вся система имеет низкую эксплуатационную надежность, что отрицательно влияет на безопасность мореплавания.However, the design of the prototype has several disadvantages:
1. The turbine inside the pipeline is not protected from damage, for example, by ice fragments or other floating solid objects, therefore the whole system has low operational reliability, which negatively affects the safety of navigation.

2. Энергия для работы прототипа отбирается у главного двигателя судна, что повышает расход топлива и увеличивает выброс вредных веществ в атмосферу. 2. Energy for the operation of the prototype is taken from the main engine of the vessel, which increases fuel consumption and increases the emission of harmful substances into the atmosphere.

3. Наличие внутри трубопровода турбины для отбора энергии у потока воды существенно снижает скорость этого потока, уменьшая коэффициент полезного действия (КПД) прототипа, и создает дополнительные шумы при работе. 3. The presence of a turbine inside the pipeline for energy extraction from the water stream significantly reduces the speed of this stream, reducing the efficiency (efficiency) of the prototype, and creates additional noise during operation.

4. Размещение водозаборного отверстия и выходного патрубка в днище судна ограничивает разницу давлений на входе и выходе трубопровода, что, в свою очередь, снижает скорость потока воды внутри трубопровода и ограничивает его мощность. 4. Placing the water inlet and outlet in the bottom of the vessel limits the pressure difference at the inlet and outlet of the pipeline, which, in turn, reduces the flow rate of water inside the pipeline and limits its power.

5. Только одно водозаборное отверстие в днище судна не обеспечивает оптимальных условий для входа воды в трубопровод и имеет маленькую площадь для скоростного напора. 5. Only one water inlet in the bottom of the vessel does not provide optimal conditions for water to enter the pipeline and has a small area for high-speed pressure.

6. Размещение выходного патрубка в днище судна не позволяет реализовать свойство обратимости работы турбины и использовать прототип как независимый движитель судна, чем лишает всю систему универсальных качеств. 6. The placement of the outlet pipe in the bottom of the vessel does not allow to realize the property of reversibility of the turbine and to use the prototype as an independent propulsion of the vessel, which deprives the entire system of universal qualities.

Задача, на решение которой направлено изобретение "Судовая гидроэнергетическая установка" (СГЭУ), состоит в повышении надежности, экономичности, снижении выброса вредных веществ в атмосферу, исключении шумов при работе, придании установке универсальных свойств и, как следствие, в росте КПД и эффективности ее работы путем устранения перечисленных выше недостатков. The problem to which the invention "Ship Hydropower Installation" (SSEU) is directed, consists in increasing reliability, efficiency, reducing the emission of harmful substances into the atmosphere, eliminating noise during operation, giving the installation universal properties and, as a result, in increasing efficiency and its efficiency work by eliminating the above disadvantages.

Это достигается тем, что в СГЭУ, содержащей электрогенератор, трубопровод, расположенный вдоль продольной оси симметрии судна и снабженный водозаборным отверстием и выходным патрубком, в качестве электрогенератора используется по меньшей мере один магнитогидродинамический генератор (МГД-генератор), нанизанный на трубопровод, который снабжен дополнительным водозаборным отверстием, при этом оба отверстия размещены симметрично по левому и правому борту в носовой части, а выходной патрубок размещен в кормовой части судна. Кроме того, водозаборные отверстия могут быть разделены рулевым устройством. This is achieved by the fact that in the SSEU containing an electric generator, a pipeline located along the longitudinal axis of symmetry of the vessel and equipped with a water inlet and an outlet pipe, at least one magnetohydrodynamic generator (MHD generator) strung on a pipeline that is equipped with an additional generator is used water intake hole, while both holes are placed symmetrically on the left and right side in the bow, and the outlet pipe is placed in the stern of the vessel. In addition, the water intakes can be divided by the steering device.

На чертеже изображена схема СГЭУ на судне в разрезе. The drawing shows a diagram of SSEU on a ship in a section.

СГЭУ содержит по меньшей мере один МГД-генератор 1, нанизанный на трубопровод 2, расположенный вдоль продольной оси симметрии судна и снабженный водозаборными отверстиями 3, размещенными симметрично по левому и правому борту в носовой части, и выходным патрубком 4, размещенным в кормовой части судна. Кроме того, водозаборные отверстия 3 могут быть разделены рулевым устройством 5. SSEU contains at least one MHD generator 1, strung on a pipe 2, located along the longitudinal axis of symmetry of the vessel and equipped with water inlets 3 placed symmetrically on the left and right side in the bow, and an outlet pipe 4 located in the stern of the vessel. In addition, the water intake openings 3 can be divided by the steering device 5.

СГЭУ работает следующим образом. SSEU works as follows.

При движении судна часть набегающего потока морской воды поступает в трубопровод 2 через водозаборные отверстия 3 и под давлением скоростного напора набегающего потока движется к выходному патрубку 4. Поскольку давление воды в кормовой части судна понижено, то у выходного патрубка 4 создается разрежение, приводящее к еще большему росту скорости потока внутри трубопровода 2, которая становится выше, чем скорость за бортом судна. МГД-генератор 1, потребляя энергию от потока электропроводной морской воды, проходящей внутри трубопровода 2, вырабатывает электрический ток, обеспечивая динамическую рекуперацию энергии, которая затем поступает к потребителям на судне (аккумуляторы, преобразователи, опреснители, холодильники, навигационное, радиолокационное, связное и иное электрооборудование, вычислительная техника, системы освещения, жизнеобеспечения и прочие). При этом водозаборные отверстия могут быть разделены рулевым устройством, которое позволяет улучшить маневренность судна за счет перераспределения отбора воды между его бортами. Кроме того, подавая электрическую энергию, например, от аккумуляторов, благодаря обратимости процессов в МГД-генераторе, СГЭУ можно использовать как независимый судовой движитель, что придает ей новое качество - универсальность. When the vessel is moving, part of the free flow of sea water enters the pipeline 2 through the water inlet 3 and, under pressure of the high-pressure head of the free flow, moves to the outlet pipe 4. Since the water pressure in the stern of the vessel is lowered, a vacuum is created at the outlet pipe 4, leading to even greater an increase in the flow rate inside the pipeline 2, which becomes higher than the speed overboard. MHD generator 1, consuming energy from the flow of electrically conductive sea water passing inside the pipeline 2, generates an electric current, providing dynamic energy recovery, which then comes to consumers on the ship (batteries, converters, desalination plants, refrigerators, navigation, radar, connected and other electrical equipment, computer equipment, lighting systems, life support and others). In this case, the water intake openings can be divided by the steering device, which allows to improve the maneuverability of the vessel due to the redistribution of water withdrawal between its sides. In addition, supplying electric energy, for example, from batteries, due to the reversibility of the processes in the MHD generator, the SSEU can be used as an independent ship propulsion, which gives it a new quality - versatility.

Использование МГД-генератора позволяет исключить из известной конструкции уязвимый механический элемент - турбину и увеличить КПД и эффективность эксплуатации СГЭУ за счет оптимизации условий отбора энергии у потока электропроводной морской воды. При этом одновременно радикально улучшается эксплуатационная надежность работы СГЭУ и безопасность мореплавания, практически исключаются шумы в работе. The use of the MHD generator makes it possible to exclude a vulnerable mechanical element, a turbine, from the known design and increase the efficiency and operation efficiency of the SGEU by optimizing the conditions for energy extraction from the flow of conductive sea water. At the same time, the operational reliability of the SSEU and the safety of navigation are radically improved, and operational noise is practically eliminated.

Кроме того, отсутствие механических помех потоку внутри трубопровода (у прототипа обусловленных наличием турбины) позволяет использовать одновременно несколько МГД-генераторов, например, для достижения требуемой выходной мощности, тогда как у прототипа такое простое наращивание количества турбин приведет к дополнительному уменьшению потока воды в трубопроводе и к падению КПД СГЭУ. In addition, the absence of mechanical interference with the flow inside the pipeline (in the prototype due to the presence of a turbine) allows the use of several MHD generators at the same time, for example, to achieve the required output power, while in the prototype such a simple increase in the number of turbines will lead to an additional decrease in the flow of water in the pipeline and to a drop in the efficiency of the SSEU.

Именно размещение выходного патрубка в кормовой части, а водозаборных отверстий в носовой части судна не только позволяет осуществить отбор воды перед носовой частью судна для уменьшения волнового сопротивления движению судна, но и обеспечивает уменьшение разности давлений между окружающей средой и кормой судна, благодаря чему уменьшается масса попутного потока воды (обусловленного разрежением в корме судна), что приводит к уменьшению общего гидродинамического сопротивления судна и дополнительному уменьшению расходуемой энергии главного двигателя. It is the placement of the outlet pipe in the aft part, and the water inlets in the bow of the vessel that not only allows water to be taken in front of the bow of the vessel to reduce wave resistance to the movement of the vessel, but also reduces the pressure difference between the environment and the stern of the vessel, thereby reducing the weight of associated water flow (due to rarefaction in the stern of the vessel), which leads to a decrease in the total hydrodynamic resistance of the vessel and an additional decrease in the consumed energy vnogo engine.

Наличие двух водозаборных отверстий именно в носовой части судна не только обеспечивает оптимальные условия для входа воды в трубопровод, но и создает большую площадь для набегающего потока воды, что, в свою очередь, позволяет осуществить ее отбор перед носовой частью судна и снизить волновое сопротивление движению, на преодоление которого, как известно, расходуется основная часть энергии главного двигателя судна. Кроме того, именно два водозаборных отверстия можно разделить рулевым устройством, которое позволит улучшить маневренность судна, придавая СГЭУ универсальные свойства. The presence of two water inlets in the bow of the vessel not only provides optimal conditions for the entry of water into the pipeline, but also creates a large area for the incoming water flow, which, in turn, allows it to be selected in front of the bow of the vessel and reduce wave resistance to movement, to overcome which, as you know, the bulk of the energy of the main engine of the vessel is spent. In addition, precisely two water intake openings can be divided by a steering device, which will improve the maneuverability of the vessel, giving the SSEU universal properties.

Размещение выходного патрубка именно в кормовой части судна позволяет, кроме всего прочего, использовать СГЭУ как независимый движитель судна ввиду обратимости процессов в МГД-генераторе, благодаря чему реализуется новое качество установки - универсальность. Placing the outlet pipe precisely in the stern of the vessel allows, among other things, the use of the SSEU as an independent mover of the vessel due to the reversibility of the processes in the MHD generator, due to which a new installation quality is realized - universality.

Таким образом, новым техническим результатом является повышение безопасности мореплавания, экономичность, снижение выброса вредных веществ в атмосферу, исключение шумов при работе, универсальность в эксплуатации и, как следствие всего перечисленного, рост КПД и эффективности работы СГЭУ. Thus, the new technical result is an increase in the safety of navigation, economy, a reduction in the emission of harmful substances into the atmosphere, the elimination of noise during operation, versatility in operation and, as a result of all of the above, an increase in the efficiency and efficiency of the SSEU.

Повышение безопасности мореплавания достигается за счет улучшения надежности эксплуатации СГЭУ благодаря исключению из конструкции уязвимого механического движущегося элемента - гидравлической турбины. Improving the safety of navigation is achieved by improving the reliability of operation of the SSEU due to the exclusion from the design of a vulnerable mechanical moving element - a hydraulic turbine.

Экономичность, т.е. уменьшение общего расхода топлива (и, как следствие, существенное уменьшение выброса в атмосферу вредных веществ), достигается за счет:
- динамической рекуперации энергии, реализуемой СГЭУ;
- снижения волнового сопротивления судна;
- уменьшения массы попутного потока воды за кормой судна.Profitability, i.e. reduction in total fuel consumption (and, as a result, a significant reduction in the emission of harmful substances into the atmosphere) is achieved by:
- dynamic energy recovery implemented by the SSEU;
- reduction of the wave resistance of the vessel;
- reducing the mass of the associated water flow behind the stern of the vessel.

СГЭУ позволяет дополнительно снизить выброс вредных веществ в атмосферу, который в настоящее время существует на всех судах при работе судовых дизельных генераторов, либо полностью исключить его при использовании СГЭУ, например, на парусных судах. SSEU allows to further reduce the emission of harmful substances into the atmosphere, which currently exists on all ships during the operation of marine diesel generators, or to completely eliminate it when using SSEU, for example, on sailing ships.

Исключение шумов при работе обусловлено отсутствием механических помех потоку воды внутри трубопровода. The exclusion of noise during operation is due to the absence of mechanical interference with the flow of water inside the pipeline.

Универсальность в эксплуатации проявляется в том, что СГЭУ может выполнять дополнительные функции - независимого рулевого устройства и независимого движителя судна. Universality in operation is manifested in the fact that the SSEU can perform additional functions - an independent steering device and an independent ship propulsion.

Claims

1. Ship hydropower installation containing an electric generator, a pipeline located along the longitudinal axis of symmetry of the vessel and equipped with a water inlet and outlet pipe, characterized in that the electric generator contains at least one magneto-hydrodynamic generator strung on a pipeline equipped with an additional water intake hole, while both holes are placed symmetrically on the left and right side in the bow, and the outlet pipe is placed in the stern of the court on the.

2. Ship hydropower installation according to claim 1, characterized in that the water intake openings are separated by a steering device.