RU2165375C1 - Method of operation of shipboard power plant - Google Patents

Method of operation of shipboard power plant Download PDF

Info

Publication number
RU2165375C1
RU2165375C1 RU99117477/28A RU99117477A RU2165375C1 RU 2165375 C1 RU2165375 C1 RU 2165375C1 RU 99117477/28 A RU99117477/28 A RU 99117477/28A RU 99117477 A RU99117477 A RU 99117477A RU 2165375 C1 RU2165375 C1 RU 2165375C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
working cylinder
water
hot gas
nozzle
Prior art date
Application number
RU99117477/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.А. Самарский
Original Assignee
Самарский Александр Александрович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Самарский Александр Александрович filed Critical Самарский Александр Александрович
Priority to RU99117477/28A priority Critical patent/RU2165375C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2165375C1 publication Critical patent/RU2165375C1/en

Links

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

FIELD: power-plant engineering; operation of gas-and-hydro-jet propulsors; generation of power; operation of devices pumping-out water in an emergency. SUBSTANCE: method consists in delivery of sea water and combustible gas to working cylinder which is profiled in shape terminating in nozzle. Water is admitted to working cylinder when it is filled with rarefied gas-and-water mixture. Water moves towards nozzle (towards lower pressure) freeing space behind it in working cylinder and combustion gas is admitted to this space where it expands simultaneously compressing and expelling the previous gas-and-water mixture through nozzle, thus creating the reactive thrust. Then, combustible gas is mixed with remaining sea water forming the gas-and-water mixture which creates rarefaction in cooling, thus admitting sea water and hot gas into working cylinder. Gas may be adiabatically expanded in power turbine. Sea water and hot gas may be admitted to cylinder in turn through revolving spool valve. Sea water may be admitted to working cylinder through hydraulic pulsator entrapping the hot gas. EFFECT: enhanced efficiency of shipboard power plant. 5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано для привода в движение речных и морских судов, выработки электроэнергии, а в аварийных случаях для откачки забортной воды из корпуса судна. The invention relates to power engineering and can be used to drive river and sea vessels, generate electricity, and in emergency cases for pumping sea water from the hull.

Известен газоводореактивный движитель (Муслин E. Машины 20 века.- M.: Машиностроение, 1971, с. 206), который представляет собой обычный турбореактивный двигатель с газовой турбиной, реактивная струя которого по специально спрофилированному каналу направляется под днище судна. Смешиваясь с водой, струя газа увлекает образовавшуюся эмульсию и отбрасывает ее назад, образуя реактивную тягу. Known gas-jet propulsion (Muslin E. Machines of the 20th century.- M .: Mashinostroenie, 1971, p. 206), which is a conventional turbojet engine with a gas turbine, the jet stream of which is sent through a specially profiled channel under the bottom of the vessel. Mixing with water, a gas jet carries away the emulsion formed and throws it back, forming a jet thrust.

Недостатком данного реактивного двигателя является низкий эффективный КПД порядка 10-14% (так как КПД движителя составляет примерно 0,5, а КПД собственно турбореактивного двигателя-газотурбинного двигателя без регенерации - 20-28% (см. Цкович A.M. Основы теплотехники.- М.: Высшая школа, 1975, с. 321), т.е. эффективный КПД будет равен (20-28%)·0,5 = 10-14%. The disadvantage of this jet engine is the low effective efficiency of about 10-14% (since the efficiency of the propulsion device is approximately 0.5, and the efficiency of the turbojet engine-gas turbine engine without regeneration is 20-28% (see AM Tskovich Fundamentals of Heat Engineering.- M. : Higher School, 1975, p. 321), i.e., the effective efficiency will be equal to (20-28%) · 0.5 = 10-14%.

Известна парогaзовая установка подводного аппарата (Алексеев Г.Н. Общая теплотехника.- М.: Высшая школа, 1980, с. 353, 471), в которой в парогазовом котле при давлении 25-30 бар сгорает смесь керосина с воздухом, а в зону за фронтом пламени через специальные трубки-форсунки подается вода. Образовавшийся парогаз поступает через золотниковое распределение в поршневую расширительную машину двойного действия, которая вращает гребной винт. A steam-gas installation of an underwater vehicle is known (Alekseev G.N. General heat engineering.- M .: Higher school, 1980, p. 353, 471), in which a mixture of kerosene with air burns in a gas-vapor boiler at a pressure of 25-30 bar, and into the zone behind the flame front, water is supplied through special nozzle tubes. The resulting gas comes through a spool distribution into a double-acting piston expansion machine that rotates the propeller.

Недостатком данной установки является низкий эффективный КПД порядка 10-15% (там же, с. 471), так как основная часть энергии горячего газа идет на превращение воды в пар. Кроме того, из-за высокого давления и температуры парогаза необходимо большое количество вспомогательного оборудования (компрессоры, топливные насосы, золотниковые распределители поршневой расширительной машины), что также увеличивает потери парогаза. The disadvantage of this installation is the low effective efficiency of about 10-15% (ibid., P. 471), since the bulk of the energy of the hot gas is used to convert water to steam. In addition, due to the high pressure and temperature of the combined-cycle gas, a large number of auxiliary equipment is necessary (compressors, fuel pumps, spool valves of the piston expansion machine), which also increases the losses of combined-cycle gas.

Цель изобретения - повышение эффективности КПД судовой энергетической установки. The purpose of the invention is to increase the efficiency of the marine power plant.

Поставленная цель достигается тем, что в профилированный рабочий цилиндр, заканчивающийся соплом, через специальные распределительные устройства поступают горячий газ и забортная вода, а из сопла вылетает газоводяная смесь, создавая реактивную тягу. This goal is achieved by the fact that hot gas and seawater enter the profiled slave cylinder, ending with a nozzle, through special distributing devices, and a gas-water mixture takes off from the nozzle, creating a jet thrust.

По одному из вариантов горячий газ поступает в рабочий цилиндр, например из камеры сгорания, по другому варианту горячий газ поступает в силовую турбину, а затем в рабочий цилиндр. In one embodiment, the hot gas enters the working cylinder, for example, from the combustion chamber, in another embodiment, the hot gas enters the power turbine, and then into the working cylinder.

В зависимости от конкретного исполнения забортная вода и горячий газ могут подаваться в рабочий цилиндр поочередно через вращающийся золотник или через гидравлический пульсатор, или непрерывно через эжектор, причем эжектирующей средой является забортная вода. Depending on the particular embodiment, the seawater and hot gas can be supplied to the working cylinder alternately through a rotating spool or through a hydraulic pulsator, or continuously through an ejector, the outboard water being the ejection medium.

Сущность изобретения состоит в том, что забортная вода поступает в профилированный рабочий цилиндр, заканчивающийся соплом, в котором находится разряженная газоводяная смесь, движется в сторону меньшего давления к соплу, освобождая за собой свободный объем рабочего цилиндра, куда поступает горячий газ, который расширяется, одновременно сжимая и выталкивая предыдущую газоводяную смесь через сопло, создавая реактивную тягу, затем горячий газ смешивается с оставшейся забортной водой, образуя газоводяную смесь, охлаждается, создавая разряжение, необходимое для поступления в рабочий цилиндр забортной воды и горячего газа. The essence of the invention lies in the fact that the seawater enters the profiled working cylinder, ending with a nozzle in which the discharged gas-water mixture is located, moves towards lower pressure towards the nozzle, freeing up the free volume of the working cylinder, which receives hot gas, which expands, simultaneously compressing and pushing the previous gas-water mixture through the nozzle, creating a jet thrust, then the hot gas mixes with the remaining sea water, forming a gas-water mixture, it cools, creating a discharge voltage required for admission to the working cylinder seawater and hot gas.

Параметры рабочего процесса судовой энергетической установки (мощность, расход топлива и т.д.) определяются соотношением горячего газа и забортной воды в рабочем цилиндре, а также профилем рабочего цилиндра и его размерами. The parameters of the working process of a ship power plant (power, fuel consumption, etc.) are determined by the ratio of hot gas and sea water in the working cylinder, as well as the profile of the working cylinder and its dimensions.

На чертеже изображен термодинамический цикл работы судовой энергетической установки по предлагаемому способу. The drawing shows the thermodynamic cycle of the ship power plant according to the proposed method.

Процесс 1-2 - подвод тепла при постоянном давлении (это возможно при сгорании топлива в камере сгорания). Process 1-2 - heat supply at constant pressure (this is possible with fuel combustion in the combustion chamber).

Процесс 2-2'-3 - расширение горячего газа, например, адиабатное после камеры сгорания. Возможны варианты: сразу в рабочем цилиндре или предварительно в силовой турбине, а затем в рабочем цилиндре. Process 2-2'-3 - expansion of hot gas, for example, adiabatic after the combustion chamber. Options are possible: immediately in the working cylinder or previously in the power turbine, and then in the working cylinder.

Процесс 3-4 - охлаждение газа в рабочем цилиндре, например изобарное. Process 3-4 - gas cooling in a working cylinder, for example, isobaric.

Процесс 4-1 - сжатие газа до атмосферного давления с отводом тепла, например изотермический. Process 4-1 - gas compression to atmospheric pressure with heat removal, for example, isothermal.

Температура окружающей среды:
T1 = 300 K (27oC)
Давление окружающей среды:
P1 = 1 бар
Максимальная температура цикла:
T2 = 1500 K (1227oC)
Давление, например, в камере сгорания постоянно и равно атмосферному:
P2=P1 = 1 бар
Температура конца адиабатного расширения:
T3 = 600 K (327oC)
Давление конца адиабатного расширения:
P3 = 0,04 бар
(из уравнения адиабаты при K =1,4" - показатели адиабаты)
Температура охлаждения газа равна (теоретически) температуре окружающей среды:
T4 = T1 = 300 K (27oC)
Давление охлаждения газа:
P3 = P4 = 0,04 бар
(из уравнения изобарного процесса)
Термодинамический КПД цикла

Figure 00000002
,
где q1 = Cp (t2-t1) - кол-во подведенного тепла;
Cр = 1,13 кДпс/кг·oC - теплоемкость при постоянном давлении в диапазоне 30oC ≤ t ≤ 1200oC;
q2 = Cp (t3 - t4) + RT4ln·P1/P4 - количество отведенного тепла;
Figure 00000003
- газовая постоянная воздуха, тогда
Figure 00000004

Figure 00000005

или 54%.Ambient temperature:
T 1 = 300 K (27 o C)
Environmental pressure:
P 1 = 1 bar
Maximum cycle temperature:
T 2 = 1500 K (1227 o C)
The pressure, for example, in the combustion chamber is constant and equal to atmospheric:
P 2 = P 1 = 1 bar
Adiabatic expansion end temperature:
T 3 = 600 K (327 o C)
End pressure adiabatic expansion:
P 3 = 0.04 bar
(from the adiabatic equation at K = 1.4 "- the adiabatic indices)
The gas cooling temperature is (theoretically) ambient temperature:
T 4 = T 1 = 300 K (27 o C)
Gas Cooling Pressure:
P 3 = P 4 = 0.04 bar
(from the equation of the isobaric process)
Thermodynamic cycle efficiency
Figure 00000002
,
where q 1 = C p (t 2 -t 1 ) is the amount of heat supplied;
C p = 1.13 kDps / kg · o C - heat capacity at constant pressure in the range of 30 o C ≤ t ≤ 1200 o C;
q 2 = C p (t 3 - t 4 ) + RT 4 ln · P 1 / P 4 - amount of heat removed;
Figure 00000003
is the gas constant of air, then
Figure 00000004

Figure 00000005

or 54%.

Для оценки эффективного КПД учтем тепловые гидравлические потери, например, в камере сгорания ηк,с= 0,95-0,98 , принимаем 0,96 (см. Нигматуллин И.Н. Тепловые двигатели.- М.: Высшая школа, 1974, с. 197).To assess the effective efficiency, we take into account thermal hydraulic losses, for example, in the combustion chamber η k, s = 0.95-0.98, we take 0.96 (see Nigmatullin I.N. Thermal engines.- M.: Higher School, 1974 , p. 197).

КПД движителя можно принять по аналогии с гидрореактивным двигателем ηч.д= 0,6-0,7 , берем ηч.д= 0,65 (Алексеев Г.Н. Общая теплотехника.- M.: Высшая школа, 1980, с. 532).The propulsion efficiency can be taken by analogy with a hydro-jet engine η bhp = 0.6-0.7, we take η bhp = 0.65 (Alekseev G.N. General heat engineering.- M .: Higher school, 1980, p. . 532).

КПД газовой турбины ηг.т= 0,65-0,8 , берем ηг.т= 0,75 (Алексеев Г.Н. Общая теплотехника.- М.: Высшая школа, 1980, с. 452).Efficiency of a gas turbine η gt = 0.65-0.8, take η gt = 0.75 (Alekseev G.N. General heat engineering.- M.: Higher School, 1980, p. 452).

Тогда эффективный КПД судовой энергетической установки
а) по п. 1 η 1 у ст= ηк.с·ηг.д·ηt= 0,96·0,65·0,54=0,34 или 34%
б) по п. 2 η 2 у ст= ηк.с·ηг.д·ηг.т·ηt= 0,96 · 0,65 · 0,54 · 0,75 = 0,25 или 25%
Значение эффективного КПД 34 и 25% в обоих случаях больше, чем у прототипа (10-15%).
Then the effective efficiency of the ship's power plant
a) under item 1 η 1 at st = η fc · η gd · η t = 0.96 · 0.65 · 0.54 = 0.34 or 34%
b) under item 2 η 2 at st = η fc · η gd · η gt · η t = 0.96 · 0.65 · 0.54 · 0.75 = 0.25 or 25%
The value of effective efficiency of 34 and 25% in both cases is greater than that of the prototype (10-15%).

Использование предлагаемого способа работы судовой энергетической установки по сравнению с существующими обеспечивает следующие преимущества:
1) более высокий эффективный КПД, что позволяет снизить эксплуатационные расходы (топливо, масла и т.д.), увеличить радиус действия судна;
2) более простую конструкцию (нет необходимости в компрессорах, топливных насосах, поршневых расширительных машинах), а следовательно, более низкую себестоимость;
3) большую жизнестойкость судна (так как установка работает при атмосферном давлении, в случае аварийной ситуации она может работать в режиме откачивающего насоса и генератора для выработки электроэнергии).
Using the proposed method of operation of a marine power plant in comparison with existing ones provides the following advantages:
1) higher effective efficiency, which reduces operating costs (fuel, oil, etc.), increase the radius of the vessel;
2) a simpler design (no need for compressors, fuel pumps, piston expansion machines), and therefore, lower cost;
3) greater viability of the vessel (since the installation operates at atmospheric pressure, in the event of an emergency, it can operate in the mode of a pump and a pump to generate electricity).

Claims (5)

1. Способ работы судовой энергетической установки путем подачи забортной воды и горячего газа в рабочий цилиндр, отличающийся тем, что с целью повышения эффективного к.п.д. забортная вода поступает в профилированный рабочий цилиндр, заканчивающийся соплом, в котором находится разреженная газоводяная смесь, движется в сторону меньшего давления к соплу, освобождая за собой свободный объем рабочего цилиндра, куда поступает горячий газ, который расширяется, одновременно сжимая и выталкивая предыдущую газоводяную смесь через сопло, создавая реактивную тягу, затем горячий газ смешивается с оставшейся забортной водой, образуя газоводяную смесь, охлаждается, создавая необходимое разрежение для поступления в рабочий цилиндр забортной воды и горячего газа. 1. The method of operation of a marine power plant by supplying overboard water and hot gas to the working cylinder, characterized in that in order to increase effective efficiency seawater enters the profiled working cylinder, ending with a nozzle in which there is a rarefied gas-water mixture, moves towards lower pressure to the nozzle, freeing up the free volume of the working cylinder, which receives hot gas, which expands, while compressing and pushing the previous gas-water mixture through the nozzle, creating reactive thrust, then the hot gas is mixed with the remaining sea water, forming a gas-water mixture, it is cooled, creating the necessary vacuum for entering rking cylinder seawater and hot gas. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что горячий газ предварительно адиабатно расширяется в силовой турбине, а затем поступает в рабочий цилиндр. 2. The method according to claim 1, characterized in that the hot gas is pre-adiabatically expanded in the power turbine, and then enters the working cylinder. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что забортная вода и горячий газ поступают в рабочий цилиндр поочередно через вращающийся золотник. 3. The method according to p. 1, characterized in that the seawater and hot gas enter the working cylinder alternately through a rotating spool. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что забортная вода поступает в рабочий цилиндр через гидравлический пульсатор и захватывает горячий газ. 4. The method according to claim 1, characterized in that the seawater enters the working cylinder through a hydraulic pulsator and captures hot gas. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что забортная вода и горячий газ поступают в рабочий цилиндр непрерывно через эжектор, причем эжектирующей средой является забортная вода. 5. The method according to claim 1, characterized in that the seawater and hot gas enter the working cylinder continuously through the ejector, the ejection medium being sea water.
RU99117477/28A 1999-08-12 1999-08-12 Method of operation of shipboard power plant RU2165375C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99117477/28A RU2165375C1 (en) 1999-08-12 1999-08-12 Method of operation of shipboard power plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99117477/28A RU2165375C1 (en) 1999-08-12 1999-08-12 Method of operation of shipboard power plant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2165375C1 true RU2165375C1 (en) 2001-04-20

Family

ID=20223777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99117477/28A RU2165375C1 (en) 1999-08-12 1999-08-12 Method of operation of shipboard power plant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2165375C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3134228A (en) Propulsion system
CZ293894A3 (en) Gas compressor
US20030153216A1 (en) Propulsion apparatus
CN101549748A (en) Submarine propulsion device free from dependence on air
CA2396902C (en) Method for discharging signature free exhaust gas from an underwater vehicle
RU2165375C1 (en) Method of operation of shipboard power plant
US5045004A (en) Turbo-hydroduct propulsion system
CN101879938A (en) Air-independent submarine-propelling method and device
US5291731A (en) Torpedo with external combustion engine having an expansion chamber
US20110297120A1 (en) RAKH Cycle, Boilerless, Airless, Hydrogen Fueled, Closed Cycle, Steam Engine
US8156726B1 (en) Semiclosed Brayton cycle power system with direct combustion heat transfer
JP6802449B1 (en) An explosive implosion 4-cycle engine system that utilizes the explosive implosion function of brown gas equipped with a brown gas generation system.
JP3636024B2 (en) Ship drinking water production equipment
US5285633A (en) Coolant subsystem for a torpedo propulsion system
KR102329602B1 (en) Vessel Operating System And Its Operating Device Using Liquid Air
RU2537663C1 (en) Jet hovercraft
TWM587149U (en) Ship power device
RU217740U1 (en) Hydrojet propulsion
GB2101224A (en) Marine gas turbine propulsion plant
JP2024064907A (en) Jet thrust generating method, propulsion method for a naval vessel, jet thrust generating system, and naval vessel
RU188226U1 (en) Closed gas turbine non-volatile installation for underwater carrier platform
US20160298496A1 (en) Thermic machine with thermodynamic cycle and the operation thereof
KR20160017287A (en) Supercritical Carbon Dioxide Power Generation System
RU2289091C2 (en) Universal double-acting solid-propellant torpedo
KR20160011350A (en) WaterJet high speed propulsion system with self electricity generation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040813