Спосіб утилізації теплоти суднових довжинохідних малообертових головних двигунів

Номер патенту: 88128

Опубліковано: 25.02.2014

Автори: Беленький Арсеній Едуардович, Руденко Вадим Іванович

Є ще 6 сторінок.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Спосіб утилізації теплоти суднових довжинохідних малообертових головних двигунів, що полягає у тому, що відпрацьовані гази суднового головного двигуна проходять газотурбінний нагнітач і надходять у комбінований утилізаційний котел, після якого спрямовуються на вихлоп у димову трубу, при цьому у комбінованому утилізаційному котлі генерується пара, що направляється у пароперегрівник, де пара стає перегрітою і надходить до турбіни утилізаційного турбогенератора, що генерує електроенергію для суднових потреб, після турбіни відроблена пара надходить у вакуумний конденсатор і далі конденсат надходить у теплий ящик, при цьому частина пари утилізаційного котла паралельно подається на паливопідігрівники, а після них пароводяна суміш надходить у конденсатор, а сам конденсат скидається у теплий ящик, інші загальносуднові теплові споживачі одержують теплову енергію за рахунок теплоти наддувного повітря газотурбінного нагнітача головного двигуна, наддувне повітря передає теплову енергію теплоносієві в холодильнику наддувного повітря газотурбінного нагнітача, при цьому теплоносій, отримавши теплоту від наддувного повітря, передає її через теплообмінні апарати загальносудновим тепловим споживачам; утилізаційний турбогенератор і дизель-генератори живлять мережу головного розподільного щита, який відрізняється тим, що утилізація теплоти здійснюється на судновому довжинохідному малообертовому головному двигуні, при цьому для виробництва електроенергії використовується механічна енергія суднового довжинохідного малообертового головного двигуна за допомогою використання валогенератора, а для стабільної спільної роботи валогенератора та утилізаційного турбогенератора використовується суднова електроенергетична система з роздільною роботою мереж головного розподільного щита й валогенераторного розподільного щита, у якій взаємозв'язок між валогенератором і утилізаційним турбогенератором здійснюється за допомогою системи розподілу потужних електродвигунів між шинами головного розподільного щита та валогенераторного розподільного щита залежно від тиску пари в комбінованому утилізаційному котлі, при цьому тиск пари в комбінованому утилізаційному котлі в штатному режимі підтримується в діапазоні 5,0-7,5 бар, де витрата пари комбінованого утилізаційного котла на низькопотенціальні теплові споживачі зведена до мінімуму за рахунок більш повного використання теплової енергії охолоджуваного повітря, для нагрівання найбільш низькопотенціальних загальносуднових теплових споживачів за допомогою застосування трисекційного холодильника повітря газотурбінного нагнітача головного двигуна і поділу теплого ящика на дві секції - високотемпературну й низькотемпературну, при цьому в першу секцію теплоносій подається насосом з високотемпературної частини теплого ящика й нагрівається до 110 °C, у другу секцію теплоносій подається насосом з низькотемпературної частини теплого ящика і нагрівається до 80 °C, де як теплоносій використовується вода, отримана в опріснювальній установці судна, третя секція використовується для регулювання температури наддувного повітря за допомогою охолоджуючої води, при цьому у заявленому способі використовуються дві системи - механічна та електрична.

Текст

Дивитися

Реферат: Спосіб утилізації теплоти суднових довжинохідних малообертових головних двигунів полягає у тому, що відпрацьовані гази суднового головного двигуна проходять газотурбінний нагнітач і надходять у комбінований утилізаційний котел, після якого спрямовуються на вихлоп у димову трубу, при цьому у комбінованому утилізаційному котлі генерується пара, що направляється у пароперегрівник, де пара стає перегрітою і надходить до турбіни утилізаційного турбогенератора, що генерує електроенергію для суднових потреб, після турбіни відроблена пара надходить у вакуумний конденсатор і далі конденсат надходить у теплий ящик, при цьому частина пари утилізаційного котла паралельно подається на паливопідігрівники, а після них пароводяна суміш надходить у конденсатор, а сам конденсат скидається у теплий ящик, інші загальносуднові теплові споживачі одержують теплову енергію за рахунок теплоти наддувного повітря газотурбінного нагнітача головного двигуна, наддувне повітря передає теплову енергію теплоносієві в холодильнику наддувного повітря газотурбінного нагнітача, при цьому теплоносій, отримавши теплоту від наддувного повітря, передає її через теплообмінні апарати загальносудновим тепловим споживачам; утилізаційний турбогенератор і дизель-генератори живлять мережу головного розподільного щита. Утилізація теплоти здійснюється на судновому довжинохідному малообертовому головному двигуні, при цьому для виробництва електроенергії використовується механічна енергія суднового довжинохідного малообертового головного двигуна за допомогою використання валогенератора, а для стабільної спільної роботи валогенератора та утилізаційного турбогенератора використовується суднова електроенергетична система з роздільною роботою мереж головного розподільного щита й валогенераторного розподільного щита, у якій взаємозв'язок між валогенератором і утилізаційним турбогенератором здійснюється за допомогою системи розподілу потужних електродвигунів між шинами головного розподільного щита та валогенераторного розподільного щита залежно від тиску пари в комбінованому утилізаційному котлі, при цьому тиск пари в комбінованому утилізаційному котлі в штатному режимі підтримується в діапазоні 5,0-7,5 бар, де витрата пари комбінованого утилізаційного котла на низькопотенціальні теплові UA 88128 U (12) UA 88128 U споживачі зведена до мінімуму за рахунок більш повного використання теплової енергії охолоджуваного повітря. UA 88128 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до суднобудування й енергетики, а саме до утилізації теплоти суднових довжинохідних малообертових головних двигунів. Відома утилізаційна установка KSE фірми "Кавасакі" (Японія) [див. Маслов В.В. Утилизация теплоты судовых дизелей. - М.: Транспорт, 1990. - 144 с, - С. 50-51]. У даній установці мастильний насос головного двигуна (ГД) у ходовому режимі приводиться в дію від редуктора ГД (а на стоянці - від електродвигуна). Вода, що охолоджує високотемпературну секцію холодильника газотурбінного нагнітача (ГТН) ГД, використовується для обігріву приміщень і абсорбційної холодильної машини. За допомогою теплоти води, що охолоджує циліндри ГД, обігріваються каюти. Утилізаційний турбогенератор (УТГ) має до семи щаблів тиску й працює на парі з тиском 0,4 МПа й температурою 240 °C. Пара генерується у вертикальному газотрубному котлі. Однак відома установка має наступні недоліки: - Система фірми "Кавасакі" проектувалася для дизелів, що не є довжинохідними (MAN 14V52/58), внаслідок чого температура вихлопних газів перед комбінованим утилізаційним котлом (КУК) вища, ніж у сучасних довжинохідних ГД. Тому система фірми "Кавасакі" не може бути застосована на довжинохідних ГД. - Система фірми "Кавасакі" не передбачає застосування валогенератора (ВГ) для виробництва електроенергії, а вся електроенергія при русі судна виробляється за допомогою УТГ, що неможливо при роботі довжинохідних ГД через нестачу теплової енергії вихлопних газів малообертового ГД (ВГМОГД) для виробництва пари у необхідному обсязі для повноцінної роботи електросистеми; за умови, що судно при русі одержує електроживлення тільки від УТГ. - У системі фірми "Кавасакі" теплий ящик (ТЯ) не розділений на високотемпературну й низькотемпературну частини, а у корисної моделі, що заявляється, ТЯ поділений на дві секції високотемпературну і низькотемпературну, що дозволяє ефективніше утилізувати теплоту. - Холодильник повітря ГТН ГД у схемі фірми "Кавасакі" має одну охолоджуючу високотемпературну секцію, а у корисної моделі, що заявляється, холодильник ГТН ГД складається із трьох секцій. - Живильна вода КУК у схемі фірми "Кавасакі" підігрівається за рахунок теплової енергії води котла, тобто ВГМОГД, а у корисної моделі, що заявляється, живильна вода підігрівається за рахунок теплової енергії охолоджуваного повітря ГТН ГД. - У системі фірми "Кавасакі" загальносуднові теплові споживачі забезпечуються тепловою енергією в основному за рахунок енергії пари КУК, а у корисної моделі, що заявляється, на це використовується теплота наддувного повітря ГД. Відома система вибрана як прототип. Відома система має наступні загальні ознаки із корисної моделлю, що заявляється: - УТГ приводиться в дію від пари, виробленої за допомогою КУК, що використовує теплову енергію ВГМОГД і теплову енергію, що виділяється при спалюванні палива в топці КУК. - У системі використовується вакуумний конденсатор. - Частина теплових споживачів живляться тепловою енергією наддувного повітря ГД, що охолоджується. В основу корисної моделі поставлена задача створення способу підвищення надійності суднової енергетичної установки (СЕУ) при утилізації теплоти довжинохідних малообертових ГД. Поставлена задача вирішується у розробці зазначеного способу, що полягає у тому, що відпрацьовані гази суднового ГД проходять ГТН ГД і надходять до КУК, після якого спрямовуються на вихід через вихлопну трубу, при цьому в КУК генерується пара, що направляється потім у пароперегрівник, де пара перегрівається і надходить до паротурбінної установки (ПТУ) УТГ, що генерує електроенергію для суднових потреб, після турбіни відроблена пара попадає до вакуумного конденсатора, далі конденсат надходить у ТЯ, при цьому частина пари КУК подається на паливопідігрівники, а після них пароводяна суміш надходить у конденсатор, а сам конденсат скидається в ТЯ, інші загальносуднові теплові споживачі одержують теплову енергію за рахунок теплоти наддувного повітря ГТН ГД, наддувне повітря передає теплову енергію теплоносієві в холодильнику наддувного повітря ГТН ГД, при цьому теплоносій, відібравши тепло від наддувного повітря, передає його через теплообмінні апарати загальносудновим тепловим споживачам; УТГ і дизель-генератори живлять мережу головного розподільного щита (ГРЩ), а утилізацію теплоти здійснюють на судновому довжинохідному малообертовому ГД (МОГД), при цьому для виробництва електроенергії використовується механічна енергія суднового довжинохідного МОГД за допомогою використання ВГ, а для стабільної спільної роботи ВГ і УТГ використовується суднова електроенергетична система (СЕЕС) з роздільною роботою мереж ГРЩ і ВГ розподільного 1 UA 88128 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 щита (ВГРЩ), у якій взаємозв'язок між ВГ і УТГ здійснюється при використанні системи розподілу потужних електродвигунів, що є електроприводами для суднових механізмів, між шинами ГРЩ і ВГРЩ залежно від тиску пари в КУК, при цьому тиск пари в КУК у штатному режимі підтримується у діапазоні 5,0-7,5 бар, а витрата пари КУК на низькопотенціальні теплові споживачі зводиться до мінімуму за рахунок найбільш повного використання теплової енергії охолоджуваного повітря ГТН ГД на нагрівання найбільш низькопотенціальних загальносуднових теплових споживачів за допомогою застосування трисекційного холодильника повітря ГТН ГД і поділу ТЯ на дві секції - високотемпературну й низькотемпературну, при цьому у першу секцію теплоносій подається насосом з високотемпературної частини ТЯ й нагрівається до 110 °C, у другу секцію теплоносій подається насосом з низькотемпературної частини ТЯ й нагрівається до 80 °C, де у ролі теплоносія використовується вода, отримана в опріснювальній установці судна, третя секція використовується для регулювання температури наддувного повітря ГТН ГД за допомогою охолоджувальної води, при цьому у способі використовуються дві системи механічна та електрична. Запропонований спосіб дозволяє вирішити поставлену задачу за допомогою удосконаленої утилізаційної установки (механічна частина системи) і поділу СЕЕС на дві електромережі: ГРЩ і ВГРЩ (електрична частина системи). На фіг. 1 наведено механічну частину утилізаційної установки, що заявляється, де: 1 - комбінований утилізаційний котел (КУК); 2 - пароперегрівна секція КУК; 3 - пароутворююча секція КУК; 4 - парові підігрівники палива форсунок ГД і форсунок ДГ; 5 - конденсатор; 6 - низькотемпературна секція теплого ящика (ТЯ); 7 - вакуумний конденсатор; 8 - конденсатний насос вакуумного конденсатора; 9 - живильний насос КУК; 10 - високотемпературна секція ТЯ; 11 - підігрівник живильної води КУК; 12 - трисекційний повітроохолоджувач ГТН ГД; 13 - насос прокачування 110-градусного водяного контуру; 14 - водяний нагрівник житлових приміщень судна; 15 - водяний нагрівник води для побутових потреб; 16 - водяні нагрівники паливних і мастильних сепараторів; 17 - водяні нагрівники відстійних і сервісних паливних танків; 18 - охолоджувач води 110-градусного водяного контуру; 19 - насос прокачування 80-градусного водяного контуру; 20 - водяні нагрівники паливних бункерних танків; 21 - вхід охолоджуючої води у третій щабель повітроохолоджувача ГТГ ГД; 22 - вихід охолоджуючої води із третього щабля повітроохолоджувача ГТГ ГД; 23 - паровий нагрівник 110-градусного водяного контуру; 24 - паровий нагрівник 80-градусного водяного контуру; 25 - дросельний пристрій для зниження тиску в паровій системі; М - електродвигун асинхронний. На фіг. 1 наведено наступні умовні графічні позначення: електродвигун відцентровий насос з електроприводом 2 UA 88128 U газотурбінний нагнітач (ГТН) топка котла теплообмінник (охолоджувач рідини) теплообмінник (нагрівник рідини або повітря) дросельний клапан вода повітря продукти згоряння пара перегріта паливо пароводяна суміш 5 10 15 20 Новим у корисній моделі, що заявляється, є те, що утилізація теплоти здійснюється на судновому довжинохідному МОГД, при цьому для виробництва електроенергії використовується механічна енергія суднового довжинохідного МОГД за допомогою використання ВГ, а для стабільної спільної роботи ВГ і УТГ використовується СЕЕС з роздільною роботою мереж ГРЩ і ВГРЩ, у якій взаємозв'язок між ВГ і УТГ здійснюється при використанні системи розподілу потужних електродвигунів між ГРЩ і ВГРЩ залежно від тиску пари в КУК, при цьому тиск пари в КУК у штатному режимі підтримується в діапазоні 5,0-7,5 бар, де витрата пари КУК на низькопотенціальні теплові споживачі зведена до мінімуму за рахунок найбільш повного використання теплової енергії охолоджуваного повітря ГТН ГД, для нагрівання найбільш низькопотенціальних загальносуднових теплових споживачів за допомогою застосування трисекційного холодильника повітря ГТН ГД і поділу ТЯ на дві секції - високотемпературну й низькотемпературну, при цьому в першу секцію теплоносій подається насосом з високотемпературної частини ТЯ й нагрівається до 110 °C, у другу секцію теплоносій подається насосом з низькотемпературної частини ТЯ й нагрівається до 80 °C, у ролі теплоносія використовується вода, яку отримано в опріснювальній установці судна, третя секція використовується для регулювання температури наддувного повітря ГТН ГД за допомогою охолоджуючої води, при цьому в способі використовуються дві системи - механічна й електрична. Розглянемо у динаміці роботу механічної частини системи, що заявляється, використаної в способі (див. фіг. 1). ВГМОГД надходять у турбіну ГТН (Т ГТН) та здійснюють роботу зі стиснення повітря в компресорі ГТН (К ГТН). Після Т ГТН гази направляються в КУК 1, де віддають теплову енергію спочатку пароперегрівній секції КУК (ППС КУК) 2, а потім пароутворюючій секції КУК (ПУС КУК) 3 UA 88128 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3. Віддавши теплову енергію, вихлопні гази 7 залишають КУК 1 з температурою 160-175 °C і відводяться у навколишнє середовище через вихлопну трубу. Отримана у КУК 1 пара спрямовується по двох напрямках. Основна її частина подається в ППС КУК 2, де пара перегрівається й надходить на ПТУ УТГ. Менша частина пари з КУК 1 направляється до підігрівників палива форсунок ГД і дизель-генераторів (ДГ) 4. Паливо, залежно від сорту, нагрівається в підігрівниках палива 4 до температури 133-144°С. Пароводяна суміш після підігрівників палива 4, надходить в атмосферний конденсатор 5, де відбувається її повна конденсація. Далі конденсат скидається в низькотемпературну частину ТЯ 6. Із ПТУ УТГ пара або пароводяна суміш потрапляє у вакуумний конденсатор 7, де повністю конденсується і конденсатним насосом 8 направляється до низькотемпературної частини ТЯ 6. Живильна вода КУК засмоктується живильним насосом 9 з високотемпературної частини ТЯ 10, проходить через теплообмінник підігріву живильної води 11, нагрівається до 100 °C і надходить у КУК 1, де перетворюється у пару з тиском 5,0-7,5 бар. Наддувне повітря ГД після К ГТН має тиск близько 3,0-3,5 бар і температуру порядку 140°С. Після К ГТН ГД наддувне повітря ГТН ГД попадає для охолодження в трисекційний холодильник повітря ГТН ГД 12. Холодильник ГТН ГД 12 має три щаблі охолодження. На виході з першого щабля холодильника повітря ГТН ГД 12 контур охолоджуючої води має температуру порядку 100-120 °C, назвемо цей водяний контур 110-градусним. Розглянемо його роботу. Вода насосом 13 засмоктується з високотемпературної частини ТЯ 10, проходить через холодильник ГТН ГД 12. Нагрівшись до 110 °C, вода надходить у теплообмінник підігріву живильної води КУК 11. На виході з 11 вода має температуру 106 °C. Далі вода направляється до теплових споживачів 14, 15, 16, 17, маючи на виході з них температуру 92-101 °C, тобто у середньому 96 °C. Потім вода проходить через 8 холодильник 18, на виході з якого має температуру 82 °C, і надходить назад у високотемпературну частину ТЯ 10. На виході із другого щабля холодильника повітря ГТН ГД 12 вода має температуру в інтервалі 75-90 °C. Назвемо цей водяний контур 80-градусним. Розглянемо циркуляцію в ньому води. Вода насосом 19 засмоктується з низькотемпературної частини ТЯ 6, надходить у холодильник ГТН 12 з температурою 75°С, потім направляється до підігрівників бункерних танків 20 з температурою 80°С, а після підігрівників 20 вертається у високотемпературну частину ТЯ 10. Третій щабель холодильника буде мати водяний охолоджуючий контур з температурою 35 °C на вході 21, а на виході 22 - з температурою порядку 36-40 °C. Цей контур служить для регулювання температури повітря, що нагнітається, у ресивер ГД. При стоянковому режимі роботи судна прогрівання споживачів 110-градусного й 80градусного водяних контурів здійснюється від цих же водяних контурів, тільки самі водяні контури гріються парою, що проходить через парові нагрівники 23 і 24. Відпрацьована пароводяна суміш після них скидається у конденсатор 5, а потім конденсат зливається в низькотемпературну частину ТЯ 6. Пара до нагрівачів 23 і 24 надходить або від КУК, що виробляє пару за рахунок енергії спалення в топці КУК палива, або від допоміжного котла. Крім того, пара допоміжного котла використовується для подачі в парову систему при нестачі її від КУК або при неробочому стані КУК. У випадку змушеного виводу з експлуатації ПТУ та/або УТГ передбачено лінію дроселювання пари 25. ВГ приводиться в дію від ГД, використовуючи його механічну енергію. Розглянемо електричну частину пропонованої системи. Відомо, що для паралельної роботи ВГ із УТГ або ДГ використовують наступні два типи систем: 1. Тиристорний перетворювач частоти (див. Маслов В.В. Утилизация теплоты судовых дизелей. - М.: Транспорт, 1990. - 144 с, - С. 111). 2. Редуктор постійної частоти обертання (див. Маслов В.В. Утилизация теплоты судовых дизелей. - М.: Транспорт, 1990. - 144 с, С. 111) і (див. Возницкий И.В. Современные малооборотные двухтактные двигатели. - Санкт-Петербург: Моркнига, 2007.-121 с, с. 75-77). Недоліки систем, що використовуються, для паралельної роботи ВГ із УТГ: - При використанні тиристорного перетворювача частоти погіршується якість електропостачання через утворення різних видів гармонік на синусоїдах напруги та струму, що погано позначається на роботі електронного устаткування, а оскільки системи контролю та керування судновими системами, як правило, є електронними пристроями, знижується й загальний рівень безпеки судна в цілому. - При використанні редуктора постійної частоти обертання (РПЧО) для привода ВГ, як свідчить практика, все одно виникає проблема роботи ВГ паралельно з іншим генератором, 4 UA 88128 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 оскільки на роботі ВГ позначається вплив на судно різних зовнішніх факторів, таких як удари хвиль, пориви вітру, зміна глибини під кілем судна тощо. В результаті навантаження на ВГ має характер, що змінюється, стосовно іншого генератора, що працює з ним паралельно, що теж періодично змінює своє навантаження. Тобто навантаження постійно перекидається з одного генератора на іншій. Якщо виникає сполучення декількох несприятливих факторів (наприклад, удар хвилі в ніс судна, пуск потужного для суднової електростанції електродвигуна, розворот судна), то ці фактори можуть призвести до скидання всього навантаження на паралельно працюючий генератор. Це призведе, в найкращому разі, до пуску та приєднання до шин ГРЩ резервного генератора, а у найгіршому - до знеструмлення судна. Автори способу, що заявляється, пропонують розділити СЕЕС на дві незалежні мережі: ГРЩ і ВГРЩ, що дасть змогу деякім електроспоживачам одержувати живлення як від ГРЩ, так і від ВГРЩ. Автоматичний розподіл електроспоживачів між ГРЩ і ВГРЩ відбувається в результаті зміни тиску пари в КУК. Розглянемо, які загальні ознаки має електрична частина системи, що заявляється, з відомими прототипами: - ВГ приводиться в дію від механічної енергії ГД; - є ГРЩ і аварійний розподільний щит (АРЩ); - використовується однаковий набір електроспоживачів; - у прототипі із РПЧО між ГД і ВГ є РПЧО. Спосіб роботи СЕЕС із роздільною роботою мереж ГРЩ і ВГРЩ, що заявляється, має наступні переваги у порівнянні з методами тиристорного перетворення частоти і РПЧО: - відсутнє електронне перетворення частоти всієї СЕЕС за допомогою тиристорного перетворювача, у результаті відсутні гармоніки струму й напруги, що наводяться тиристорним перетворювачем; - у порівнянні із системою РПЧО спосіб, що заявляється, нівелює вплив на ГРЩ зовнішніх факторів, у результаті чого не відбувається значних коливань потужності між працюючими генераторами, у підсумку СЕЕС працює стабільно; - якість електроенергії в електромережі ГРЩ підвищується через зменшення провалів напруги й частоти при пуску потужних електродвигунів, тому що при запуску ці електродвигуни одержують живлення від шин ВГРЩ. На фіг. 2 наведено електричну частину утилізаційної установки, що заявляється, де: - ВГ приводиться з дію через РПЧО, що підтримує задану частоту обертання ротора ВГ при відхиленні частоти обертання ГД від номінальної в діапазоні 70-110 %. - АРЩ живить найвідповідальніші споживачі електроенергії. У штатному режимі АРЩ одержує живлення від ГРЩ через контактор (К). У випадку аварійного знеструмлення ГРЩ живлення АРЩ відбувається аварійним ДГ (АДГ), що приводиться в дію від дизеля (Д). - ГРЩ одержує живлення від генераторів: G1, що приводиться в дію ДГ 1; G2 - ДГ 2; УТГ ПТУ і від щитів берегового живлення (ЩБЖ). - ВГРЩ одержує живлення від ВГ і живить частину потужних електродвигунів. ВГРЩ працює разом із ГРЩ, але не в паралелі. Тобто шини ГРЩ і ВГРЩ не мають загальних з'єднань. Тому частота і напруга ГРЩ і ВГРЩ, як правило, різна, хоча й незначно. Основні компоненти СЕЕС, що заявляється, зображено на фіг. 3. ГРЩ подає живлення електроспоживачам, які поділяються на дві групи: в одну групу входять електроспоживачі, що одержують живлення тільки від ГРЩ, а в іншу групу віднесені електродвигуни, що одержують живлення від ВГРЩ або від ГРЩ. ВГРЩ подає живлення тільки групі електродвигунів, які можуть за допомогою розподільних пристроїв (РУ) одержувати живлення як від ГРЩ, так і від ВГРЩ. ГРЩ подає живлення групі електродвигунів, що одержують живлення як від ГРЩ, так і від ВГРЩ за допомогою двох секцій - "Секції 1" і "Секції 2" через РУ1 - РУ22. Кабелі, що одержують живлення від "Секції 1" ГРЩ, маркуються буквою А (А1-A11), а від "Секції 2" ГРЩ - буквою В (В1-В11). Кабелі, що одержують живлення від ВГРЩ, маркуються буквою С (С1-С22), причому вони також підключені до РУ1 - РУ22. На суднах звичайно застосовують електроприводи, що приводяться в дію від асинхронних короткозамкнених електродвигунів, які мають пускові струми, що у 4-7 разів перевищують номінальні. Оскільки приводом ВГ є ГД, потужність якого незрівнянно більша будь-якого електромотора, що запускається, то пуск проходить досить "м'яко" без провалів частоти електромережі. Після набору номінальних обертів електродвигун продовжує живлення від шин ВГРЩ або за допомогою РУ "перекидається" на шини ГРЩ. Відзначимо, що при перемиканні живлення працюючого електродвигуна через великий момент інерції ротора і малий час перемикання частота обертання ротора залишається практично постійною, тобто рівною 5 UA 88128 U 5 10 15 20 25 30 35 40 номінальним його обертам. В результаті відбувається "м'яке" підключення електродвигунів до шин ГРЩ. Таким чином, при підключенні використовується момент інерції обертання ротора. Рішення про перемикання живлення електродвигунів між шинами ВГРЩ і ГРЩ за допомогою РУ приймає система керування, що працює на базі мікропроцесорної системи (МПС), за алгоритмом. МГТС керування циклічно "опитує" датчики через порти прийому сигналів, і, обробивши інформацію, посилає накази у вигляді сигналів кожному РУ через порти видачі сигналів. Алгоритм регулювання СЕЕС при утилізації теплоти МОГД дозволяє автоматично регулювати навантаження СЕЕС і тиск у КУК. Основним сигналом для регулювання в цьому алгоритмі служить тиск пари в КУК. Розглянемо основний принцип, за яким працює алгоритм. Побудована за даним алгоритмом система постійно проводить моніторинг: - тиску пари в КУК; - швидкості зміни тиску пари в КУК; - похідної швидкості зміни тиску пари в КУК; - навантаження працюючих генераторів; - величини навантаження КУК; - стану електродвигунів, що перемикаються між шинами ГРЩ і ВГРЩ. Крім того, всі стандартні електротехнічні параметри контролюються за допомогою СЕЕС. Тиск пари в КУК змінюється у наступних випадках: - при зміні кількості споживачів електроенергії, що одержують живлення від шин ГРЩ; - при зміні кількості ДГ, підключених до ГРЩ; - при зміні витрати палива форсунками КУК; - при продувці топки КУК для зменшення тиску пари. При підвищенні тиску пари перекривається витрата палива на форсунку, а подача повітря вентилятором триває або зростає. Повітря, обмиваючи поверхні нагрівання котла, відводить теплоту у навколишнє середовище, що призводить до зниження тиску пари в КУК. Розглянемо роботу алгоритму на прикладі трьох режимів роботи судна: - ходовий - при цьому режимі спільно працюють УТГ і ВГ, а також паралельно з УТГ може працювати й ДГ; - маневровий - при цьому режимі ВГ відключений від системи, а УТГ і ДГ працюють у паралелі; - стоянковий - працюють тільки ДГ. Ходовий режим Судно йде повним ходом. Навантаження розподілене нарівно між ГРЩ і ВГРЩ. Коли тиск пари в КУК починає зростати, разом з його ростом змінюється й швидкість зміни тиску в КУК, а також похідна швидкості росту тиску пари. Коли ці параметри перевищать установлені значення величин, то система за заданим алгоритмом перемкне електродвигун працюючого механізму із ВГРЩ на ГРЩ. У табл. 1 наведений перелік споживачів електроенергії, де MB - машинне відділення, П1 - П22 - споживачі електроенергії (електродвигуни), що підключаються до ГРЩ або ВГРЩ. Таблиця 1 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. ел. двигун насоса забортної води охолодження вакуумного конденсатора ПТУ УТГ № 1 ел. двигун насоса забортної води охолодження вакуумного конденсатора ПТУ УТГ № 2 ел. двигун насоса прісної води низькотемпературного контуру №1 ел. двигун насоса прісної води низькотемпературного контуру №2 ел. двигун насоса прісної води низькотемпературного контуру №3 ел. двигун мастильного насоса ГД № 1 ел. двигун мастильного насоса ГД № 2 ел. двигун насоса забортної води № 1 ел. двигун насоса забортної води № 2 ел. двигун пожежного насоса (осушувального) № 1 ел. двигун пожежного насоса (осушувального) № 2 6 РУ1 П1 А1; С1 РУ12 П12 В1; С12 РУ2 П2 А2; С2 РУ13 П13 В2; С13 РУ14 П14 В3; С14 РУ3 РУ15 РУ4 РУ16 РУ5 РУ17 П3 П15 П4 П16 П5 П17 A3; С3 В4; C15 А4; С4 В5; С16 AS; C5 В6; С17 UA 88128 U Продовження таблиці 1 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 5 10 15 20 25 30 35 ел. двигун компрессора пускового стисненого повітря (30 2 кг/см ) № 1 ел. двигун компресора пускового стисненого повітря (30 2 кг/см ) № 2 ел. двигун компресора стисненого повітря господарських 2 потреб (7 кг/см ) № 1 ел. двигун фреонового компресора кондиціонера житлових приміщень № 1 ел. двигун фреонового компресора кондиціонера житлових приміщень № 2 ел. двигун повітряного вентилятора кондиціонера житлових приміщень № 1 ел. двигун повітряного вентилятора кондиціонера житлових приміщень № 2 ел. двигун вентилятора MB № 1 ел. двигун вентилятора MB № 2 ел. двигун вентилятора MB № 3 ел. двигун вентилятора MB № 4 РУ6 П6 А6; С6 РУ18 П18 В7; С18 РУ7 П7 А7;С7 РУ8 П8 А8; С8 РУ19 П19 В8; С19 РУ9 П9 А9; С9 РУ20 П20 В9; С20 РУ10 РУ11 РУ21 РУ22 П10 П11 П21 П22 А10; С10 B10; C21 A11; C11 В11; С22 Який саме електродвигун перемикати - залежить від наступних факторів: - від розташування електромотора (див. табл. № 1); - від тиску пари в КУК до моменту прийняття рішення про перемикання; - від величини швидкості зміни тиску пари в КУК; - від розподілу працюючих електродвигунів між шинами ГРЩ і ВГРЩ. Якщо, наприклад, величина тиску пари збільшилася незначно, а всі вентилятори машинного відділення (MB) були на шинах ВГРЩ, то спочатку до шин ГРЩ перемикається електродвигун вентилятора MB № 1; якщо через 60 с ріст тиску продовжиться, то на шини ГРЩ перемикається із шин ВГРЩ електродвигун вентилятора MB № 2, і так доти, поки ріст тиску не припиниться. Якщо ж тиск пари в КУК почне падати, то система знову зробить порівняння із установленими величинами: швидкістю зміни тиску і похідною швидкістю зміни тиску. І в тій же послідовності система почне перемикати електродвигуни із шин ГРЩ на шини ВГРЩ доти, поки тиск пари не перестане зменшуватися. Якщо ж швидкість зміни тиску критична, то перемикання електродвигунів між шинами ГРЩ і ВГРЩ відбудеться швидше, з інтервалом в 10 с, при цьому через кожні 30 с перемикається самий потужний із працюючих на той момент електродвигунів зі списку таблиці № 1, і так буде відбуватися доти, поки швидкість тиску пари не зменшиться до встановленої. Витримка часу між перемиканнями й вибір самих електродвигунів, що перемикаються, залежить від тиску пари в КУК: чим більше величина тиску пари в КУК відхилилася від встановленого середнього інтервалу, тим швидше будуть перемикатися електродвигуни між шинами ГРЩ і ВГРЩ, а також частіше будуть перемикатися потужні електродвигуни. Якщо ж величина тиску пари в КУК зростає до максимально встановленого значення, а форсунка КУК працює, то подається команда на її відключення, і продувка котла здійснюється доти, поки тиск пари у КУК не повернеться до встановленої величини. Якщо ж величина тиску пари в КУК наближається близько до мінімально встановленого значення, то запуститься форсунка КУК; якщо ж тиск опускається до встановленого мінімуму, то запускається і приєднується до шин ГРЩ резервний ДГ. Маневровий режим При підготовці до маневрового режиму оператор вибирає відповідний режим роботи СЕЕС, у цьому випадку - "маневровий", і вибирає групу генераторів, які можуть бути використані в цьому режимі. При режимі маневрування ВГ не використовується. Тому при переводі СЕЕС із ходового режиму на маневровий ВГРЩ автоматично виводиться зі спільної роботи із ГРЩ з почерговим перемиканням електроприводів із шин ВГРЩ на шини ГРЩ, з наступним від'єднанням ВГ від шин ВГРЩ. У маневровому режимі УТГ працює паралельно із ДГ, при цьому ДГ навантажується на 60 % своєї потужності, а УТГ - від 15 до 60 %, приймаючи на себе навантаження, що залишається після ДГ. Після того як потужність УТГ, що виробляється, стане більшою за 60 %, ДГ і УТГ 7 UA 88128 U 5 10 15 20 25 30 навантажуються нарівно. Це дає можливість уникати роботи ДГ на малих навантаженнях, що призводить до погіршення його технічного стану та перевитраті палива. Стоянковий режим При підготовці до стоянкового режиму оператор вибирає відповідний режим роботи СЕЕС, у цьому випадку - "стоянковий", і вибирає групу генераторів, які можуть бути використані в цьому режимі. Якщо система до цього працювала в маневровому режимі, то після перемикання на стоянковий режим УТГ повільно скидає навантаження й від'єднується від шин ГРЩ. Корисна модель, що заявляється, дозволяє вирішити завдання підвищення надійності СЕУ при утилізації теплоти довжинохідних МОГД. У запропонованій корисній моделі система складається з механічної та електричної частин (описаних вище) і має наступні переваги перед іншими варіантами систем утилізації теплоти довжинохідних МОГД: - система більш рентабельно використовує теплову утилізаційну енергію ВГМОГД через відхід від неефективного дроселювання пари для підтримки його тиску в паровій системі й за допомогою більш повного використання теплоти стисненого повітря К ГТН ГД; - у системі вирішено проблему стабільної спільної роботи ВГ і УТГ; - система дозволяє уникнути роботи ДГ на зниженому навантаженні (нижче 60 % від номінального) при маневровому режимі судна; - система дозволяє підвищити якість електроживлення електромережі ГРЩ. Результати розрахунку економічної ефективності запропонованої системи глибокої утилізації теплоти з роздільною роботою мереж ГРЩ і ВГРЩ, відносно СЕЕС, де джерелами електроенергії є тільки ДГ У табл. 2 наведено середньодобові витрати й економію палива за річний експлуатаційний період при 100 % та 75 % навантаженні ГД на ходовому режимі, щодо роботи СЕЕС із ДГ. В результаті застосування запропонованої системи для судна вантажопідйомністю 150000 т і швидкістю ходу 18 вузлів отримано наступні результати: Річна економія палива - 0,69 млн. $ США. Річна економія мастила - 0,05 млн. $ США. Річна економія на технічне обслуговування (ТО) - 0,02 млн. $ США. Загальна річна економія складе 0,76 млн. $ США. Додаткові капітальні вкладення (3,0 млн. $ США) даної розробки окупляться за: 3,0 млн. $ США  3,95 роки  4,0 роки. 0,76 млн. $ США Економічний ефект для СЕУ в цілому складає 2,6-2,9 % (див. табл. 2) економії палива в рік, а для СЕЕС - 37,1-42,0 %. 35 Таблиця 2 Навантаження ГД при повному ході 100 % номінальної 75 % номінальної 40 Середньодобова економія палива за річний експлуатаційний період, % для СЕЕС для СЕУ 42,0 2,6 37,1 2,9 З часом при експлуатації судна середньорічна економія буде збільшуватися з причини зниження ККД ГД та інших суднових технічних механізмів через неминуче їх зношування. Це призведе до збільшення витрати палива, мастила та до підвищення температури ВГМОГД, у результаті чого збільшиться вироблена УТГ електроенергія за рахунок зростання енергії ВГМОГД. Середня тривалість експлуатації судна становить порядку 15-30 років, тобто в середньому 15  30 років  22,5 року . 2 45 За весь експлуатаційний період судна капіталовкладення окупляться: 22,5 років  5,6 рази , 4,0 років 8 у пропоновану систему UA 88128 U 5 а, з урахуванням викладеного вище, з огляду на природне зношування суднових технічних засобів, капіталовкладення окупляться більш ніж в 6 разів. Істотні відмінності, що заявляються, дозволяють досягти наступного технічного результату зменшити витрату палива суднової енергетичної установки на 2,9 % при одночасному збільшенні надійності роботи суднової енергетичної системи завдяки стабільній спільній роботі ВГ та УТГ, а також збільшити строк використання дизель-генераторів у три рази і у результаті цього зменшити витрати на технічне обслуговування суднової енергетичної системи в цілому. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 25 30 35 40 45 Спосіб утилізації теплоти суднових довжинохідних малообертових головних двигунів, що полягає у тому, що відпрацьовані гази суднового головного двигуна проходять газотурбінний нагнітач і надходять у комбінований утилізаційний котел, після якого спрямовуються на вихлоп у димову трубу, при цьому у комбінованому утилізаційному котлі генерується пара, що направляється у пароперегрівник, де пара стає перегрітою і надходить до турбіни утилізаційного турбогенератора, що генерує електроенергію для суднових потреб, після турбіни відроблена пара надходить у вакуумний конденсатор і далі конденсат надходить у теплий ящик, при цьому частина пари утилізаційного котла паралельно подається на паливопідігрівники, а після них пароводяна суміш надходить у конденсатор, а сам конденсат скидається у теплий ящик, інші загальносуднові теплові споживачі одержують теплову енергію за рахунок теплоти наддувного повітря газотурбінного нагнітача головного двигуна, наддувне повітря передає теплову енергію теплоносієві в холодильнику наддувного повітря газотурбінного нагнітача, при цьому теплоносій, отримавши теплоту від наддувного повітря, передає її через теплообмінні апарати загальносудновим тепловим споживачам; утилізаційний турбогенератор і дизельгенератори живлять мережу головного розподільного щита, який відрізняється тим, що утилізація теплоти здійснюється на судновому довжинохідному малообертовому головному двигуні, при цьому для виробництва електроенергії використовується механічна енергія суднового довжинохідного малообертового головного двигуна за допомогою використання валогенератора, а для стабільної спільної роботи валогенератора та утилізаційного турбогенератора використовується суднова електроенергетична система з роздільною роботою мереж головного розподільного щита й валогенераторного розподільного щита, у якій взаємозв'язок між валогенератором і утилізаційним турбогенератором здійснюється за допомогою системи розподілу потужних електродвигунів між шинами головного розподільного щита та валогенераторного розподільного щита залежно від тиску пари в комбінованому утилізаційному котлі, при цьому тиск пари в комбінованому утилізаційному котлі в штатному режимі підтримується в діапазоні 5,0-7,5 бар, де витрата пари комбінованого утилізаційного котла на низькопотенціальні теплові споживачі зведена до мінімуму за рахунок більш повного використання теплової енергії охолоджуваного повітря, для нагрівання найбільш низькопотенціальних загальносуднових теплових споживачів за допомогою застосування трисекційного холодильника повітря газотурбінного нагнітача головного двигуна і поділу теплого ящика на дві секції - високотемпературну й низькотемпературну, при цьому в першу секцію теплоносій подається насосом з високотемпературної частини теплого ящика й нагрівається до 110 °C, у другу секцію теплоносій подається насосом з низькотемпературної частини теплого ящика і нагрівається до 80 °C, де як теплоносій використовується вода, отримана в опріснювальній установці судна, третя секція використовується для регулювання температури наддувного повітря за допомогою охолоджуючої води, при цьому у заявленому способі використовуються дві системи - механічна та електрична. 9 UA 88128 U 10 UA 88128 U 11 UA 88128 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 12

Додаткова інформація

МПК / Мітки

МПК: B63J 99/00, F02G 5/00

Мітки: двигунів, спосіб, головних, малообертових, утилізації, суднових, довжинохідних, теплоти

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/14-88128-sposib-utilizaci-teploti-sudnovikh-dovzhinokhidnikh-maloobertovikh-golovnikh-dviguniv.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб утилізації теплоти суднових довжинохідних малообертових головних двигунів</a>

Подібні патенти