RU2165375C1 - Method of operation of shipboard power plant - Google Patents
Method of operation of shipboard power plant Download PDFInfo
- 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
Links
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
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
,
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;
- газовая постоянная воздуха, тогда
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
,
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;
is the gas constant of air, then
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
б) по п. 2 η
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
b) under item 2 η
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)
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) |
-
1999
- 1999-08-12 RU RU99117477/28A patent/RU2165375C1/en not_active IP Right Cessation
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 |