Судовая энергетическая установка
Изобретение относится к области судостроения, а именно к судовым энергетическим установкам, и может быть использовано как на морских, так и речных крупнотоннажных судах различного назначения. Энергетическая установка включает в себя блок из двух установленных вертикально свободнопоршневых двигателей с кривошипно-поршневыми механизмами отбора мощности, которые установлены вне рабочих цилиндров и соединены с демпферными камерами двигателей двухзвенными трубопроводами, с шарнирным сочленением звеньев. При этом рабочие цилиндры поперечно соединены траверсой, прикрепленной к пневмоцилиндру, с давлением воздуха над поршнем меньше атмосферного и подвешенному к верхнерасположенным металлоконструкциям корпуса судна. Изобретение позволяет упростить и облегчить судовую энергетическую установку, а также повысить ее надежность и экономичность. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области судостроения, а именно к судовым энергетическим установкам и может быть использовано, преимущественно, на крупнотоннажных судах, как грузо-пассажирских, так и специальных (ледокольные, военные и пр.).
Большая часть крупнотоннажных судов, как морских, так и речных, в настоящее время, оснащаются дизельными энергетическими установками, как наиболее экономичными в эксплуатации (КПД достигает 55%). Однако, они дороги в производстве (сложная многоцилиндровая конструкция), тяжелы (особенно, наиболее экономичные из них, малооборотные), громоздки (машинное отделение занимает до 15% длины судна).
Известен силовой агрегат (патент на полезную модель RU №121526), содержащий свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с механизмом отбора мощности.
Также известна энергетическая установка (патент на изобретение RU №2584769), содержащая свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с кривошипно-поршневым механизмом отбора мощности. Эта установка проста конструктивно, экономична и компактна, но механизм отбора мощности в ней совмещен с рабочим цилиндром и подвергается высокоамплитудным вибрационным нагрузкам, что затрудняет его механическое соединение с потребителем мощности (электрогенератор, гребной винт судна и пр.)
Целью изобретения является создание судовой энергетической установки, которая, при высоких эксплуатационных показателях, была бы лишена этих недостатков.
Поставленная цель достигается тем, что в энергетической установке, включающей в себя свободнопоршневые двигатели с кривошипно-поршневыми механизмами отбора мощности, по изобретению кривошипно-поршневые механизмы расположены вне рабочих цилиндров и соединены с демпферными камерами двигателей двухзвенными трубопроводами, с шарнирным сочленением звеньев. При этом, кривошипы механизмов отбора мощности кинематически соединены с гребными винтами судна и с электродвигателями, способными выполнять функции электрогенераторов и расположенными соосно с гребными винтами. Кроме того, рабочие цилиндры двигателей поперечно соединены траверсой, прикрепленной к поршню пневмоцилиндра, с давлением воздуха над поршнем ниже атмосферного и подвешенного к верхнерасположенным металлоконструкциям корпуса судна. А также, траверса связана с нижнерасположенными металлоконструкциями корпуса судна пневмоцилиндром, с давлением воздуха под поршнем больше атмосферного. При этом, соединение траверсы с рабочими цилиндрами выполнено шарнирным.
На фиг. 1, изображена судовая энергетическая установка (далее СЭУ) в виде блока из двух свободнопоршневых двигателей (далее СПД). На фиг. 2, Вид А. На фиг. 3, показан одиночный СПД в разрезе.
СЭУ включает в себя. Блок из двух, установленных вертикально, СПД 1 с рабочими цилиндрами 2, соединенными траверсой 3. В рабочих цилиндрах 2 помещаются поршни 4 (см. заявку RU №2016124904), взаимодействующие с демпферными камерами 5. Траверса 3 присоединяется к поршню 6 пневмоцилиндра 7 с вакуумной (давление ниже атмосферного) камерой 8, сверху поршня 6. Пневмоцилиндр 7 шарнирно подвешивается к верхнерасположенным металлоконструкциям корпуса судна (не показаны). К демпферным камерам 5 присоединяются двухзвенные трубопроводы 9, соединяющие их с кривошипно-поршневыми механизмами отбора мощности 10. Звенья трубопроводов 9 соединяются между собой шарнирами 11, обеспечивающими возможность их качательных перемещений. Кривошипно-поршневые механизмы 10 содержат поршни 12 с кривошипами 13 и через муфты 14 (вариант - электромагнитные) соединяются с гребными винтами (вариант - с регулируемым шагом) 15. Снизу, к траверсе 3 присоединен длинноходовой пневмоцилиндр 16, с давлением под поршнем больше атмосферного, и связывающий ее с нижнерасположенными металлоконструкциями корпуса судна (не показаны). К кривошипам 13, также, присоединяются электродвигатели 17, способные выполнять функции электрогенераторов.
СЭУ функционирует следующим образом. С помощью грузоподъемных механизмов (много вариантов), собранные СПД 1 (два, в одноблочной конструкции), в вертикальном положении, устанавливаются на нижнерасположенные металлоконструкции машинного отделения судна. Далее, производится соединение рабочих цилиндров 2 траверсой 3 и крепление ее к поршню 6, пневмоцилиндра 7. С использованием трубопроводов 9, соединяются демпферные камеры 5 двигателей, с ранее установленными кривошипно-поршневыми механизмами отбора мощности 10. К нижней части траверсы 3 присоединяется пневмоцилиндр 16 и начинается подъем блока СПД на рабочую высоту. Подъем производится путем откачки воздуха, вакуумным насосом (не показан), из полости 8 пневмоцилиндра 7 до давления 5-10 Па (технический вакуум). При этом, пневмоцилиндр 7, с внутренним диаметром - 4000 мм, обеспечивает удержание на весу блока СПД общим весом более 120 тн. В нижнем пневмоцилиндре 16, под поршнем устанавливается такое избыточное давление, которое позволяет ему воспринимать 0,1÷0,2% общего веса блока СПД, обеспечивая этим стабильную среднюю высоту «висения» блока во время работы. Запуск обоих СПД в работу и последующий технологический процесс, производятся в полном соответствии с описанием базового изобретения (патент RU №2584769). Во время запуска СПД в работу, гребные винты 15, с помощью муфт 14, отсоединяются от кривошипов 13 и лишь после выхода СПД на стабильный рабочий режим производится их соединение. При этом, лопасти гребных винтов 15 постепенно переводятся с нулевого шага на рабочий. Поскольку, гребные винты 15 не обладают достаточной инерционностью, для обеспечения равномерного вращения, к кривошипам 13 присоединяются электродвигатели 17, которые, во время совершения поршнями 4 рабочих ходов, выполняют функции электрогенераторов. Электродвигатели - генераторы функционируют совместно с накопителями электрической энергии (вариант - батареи конденсаторов. Не показаны).
Предлагаемая система подвески блока СПД с использованием вакуумного пневмоцилиндра, практически исключит передачу инерционных нагрузок (т.е. вибрацию) на корпус судна, несмотря на значительные продольные перемещения рабочих цилиндров 2. А большой диаметр обоих поршней (4 и 12), делает ее моторесурс практически «вечным» (т.е. превышающим срок службы судна).
1. Энергетическая установка, включающая в себя свободнопоршневые двигатели с кривошипно-поршневыми механизмами отбора мощности, отличающаяся тем, что кривошипно-поршневые механизмы расположены вне рабочих цилиндров и соединены с демпферными камерами двигателей двухзвенными трубопроводами, с шарнирным сочленением звеньев.
2. Энергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что кривошипы механизмов отбора мощности кинематически соединены с гребными винтами судна и с электродвигателями, способными выполнять функции электрогенераторов и расположенными соосно с гребными винтами.
3. Энергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что рабочие цилиндры двигателей поперечно соединены траверсой, прикрепленной к поршню пневмоцилиндра, с давлением воздуха над поршнем ниже атмосферного и подвешенного к верхнерасположенным металлоконструкциям корпуса судна.
4. Энергетическая установка по п. 3, отличающаяся тем, что траверса связана с нижнерасположенными металлоконструкциями корпуса судна пневмоцилиндром, с давлением воздуха под поршнем выше атмосферного.
5. Энергетическая установка по п. 3, отличающаяся тем, что рабочие цилиндры соединены с траверсой шарнирно.
