початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2070985
Дизельне ЕНЕРГЕТИЧНА УСТАНОВКА ЗАМКНУТОГО ЦИКЛУ З
Відведення відпрацьованих газів встановлювалися У ТВЕРДОМУ ВИГЛЯДІ

Ім'я заявника: Центральний науково-дослідний інститут ім.акад.А.Н.Крилова
Ім'я винахідника: Тихонов А.Б .; Класників Е.С.
Ім'я патентовласника: Центральний науково-дослідний інститут ім.акад.А.Н.Крилова
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту:

Використання: в суднових дизельних енергетичних установках / ДЕУ / підводних апаратів.

Суть винаходу: в відому ДЕУ, що містить системи топлівопітанія, газовихлопу, зберігання окислювача і відведення відпрацьованих газів встановлювалися, додатково введені криогенний насос, конденсатор, морозильник, пристрій пониження тиску, льодогенератор, шлюзова камера, відкачує насос і ємність зберігання низькомолекулярного газу.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до суднобудування, більш конкретно до суднових дизельним енергетичним установкам (СДЕУ) підводних апаратів (ПА), що працюють по замкнутому циклу (ЗЦ), тобто без доступу атмосферного повітря.

Відома дизельна енергетична установка (ДЕУ), що працює по ЗЦ з видаленням продуктів згорання за борт евакокомпрессором (Дизельні установки підводних апаратів. Суднобудування, 1982, N 7, рис. 1, с.20).

Недоліками такої установки є значні втрати потужності на привід евакокомпрессора, що обмежує можливість її використання в ПА з глибиною занурення понад 300 м.

Відома і ДЕУ, що працює по ЗЦ, в якій видалення продуктів згоряння здійснюється шляхом їх розчинення в забортної води. Така енергетична установка є більш економічною, однак має значні масогабаритні характеристики і і характеризується високими енерговитратами на привід насосів, які обслуговують дану ДЕУ (Енергетичні установки підводних човнів з дизелем замкнутого циклу. Суднобудування за кордоном, 1991, N 12, рис. На с.62) .

Відома і ДЕУ ПА, що працює по ЗЦ, що містить двигун внутрішнього згоряння, систему автоматичного управління, вхідну систему зі змішувальної камерою і підігрівачем з порожнинами впускних і вихлопних газів, систему газовихлопу з охолоджувачем, що має пристрій сепарації масла, палива і води, і клапаном регулювання рециркуляції , систему зберігання і подачі окислювача з кріогенної ємністю зберігання окислювача, систему відведення відпрацьованих газів встановлювалися, що включає компресор з входом і виходом, охолоджувач газів за компресором, конденсатор першого ступеня з порожнинами продуктів згоряння і охолоджуючої, сепаратор з порожнинами газової та продуктів згоряння, абсорбційну холодильну машину , ємність для зберігання рідкого двоокису вуглецю і теплоізольовані трубопроводи з арматурою включає автоматичні клапани (Дизельні установки підводних апаратів. Суднобудування, 1982, N 7, рис. 4, с. 21). Ця установка прийнята за прототип.

Завданням винаходу є отримання технічного результату, що полягає в підвищенні ККД і зменшення масогабаритних характеристик ДЕУ.

Для цього в відомої ДЕУ ПА, що працює по замкнутому циклу, з рециркуляцією продуктів згоряння і видаленням CO ₂ за допомогою евакокомпрессора і подальшого зрідження вуглекислого газу, в систему зберігання і подачі окислювача додатково введені криогенний насос, конденсатор другого ступеня з порожнинами кисневої та продуктів згоряння, морозильник з порожнинами охолоджуючої і продуктів згоряння та улаштування зниження тиску, в систему видалення продуктів згоряння додатково введені льодогенератор, який має внутрішню порожнину і газову сорочку, шлюзова камера з перекриваються вхідними та вихідними каналами для твердих продуктів згоряння і забортної води і відкачує насос, у вхідну систему додатково введена ємність зберігання низькомолекулярного газу, наприклад, аргону, причому, ємність зберігання рідкого окислювача через послідовно з'єднані між собою трубопроводом криогенний насос, кисневу порожнину конденсатора другого ступеня, пристрій пониження тиску, охолоджувальні порожнини конденсатор першого ступеня і морозильника підключена до змішувальної камері, ємність зберігання низькомолекулярного газу підключена до змішувальної камері трубопроводом з автоматичним клапаном, вхід компресора через газову порожнину морозильника підключений до клапана регулювання рециркуляції, вхідний канал для продуктів згоряння шлюзової камери через послідовно з'єднані трубопроводом внутрішню порожнину льдогенератора, порожнину продуктів згоряння сепаратора, порожнини продуктів згоряння конденсаторів першої і другої ступенів, охолоджувач газів за компресором підключений до виходу компресора, газова сорочка льдогенератора підключена трубопроводом з автоматичним клапаном до входу компресора, газова порожнина сепаратора підключена до трубопроводу системи зберігання та подачі окислювача на ділянці між конденсатором першого ступеня і морозильника, пристрій сепарації масла, палива і води охолоджувача системи газовихлопу, газова порожнина морозилки і вихідний канал шлюзовий камери для забортної води трубопроводами з безповоротними клапанами паралельно підключені до відкачують насоса, автоматичні клапани керуючими зв'язками підключені до системи автоматичного управління, а шлюзова камера через вихідний канал для продуктів згоряння і вхідний канал для забортної води з'єднана з забортним простором.

Суть винаходу пояснюється кресленням, де представлена принципова схема ДЕУ ЗЦ з видаленням продуктів згорання за борт в твердому вигляді.

ДЕУ ЗЦ включає в себе наступне основне обладнання:

• двигун 1 внутрішнього згоряння;

  • системи:

    • паливну з видаткової цистерною 2 і трубопроводом 3;

    • вхідну, що містить підігрівач 4 з порожнинами впускних 5 і вихлопних 6 газів, змішувальну камеру 7, ємність 8 зберігання низькомолекулярного газу, трубопровід 9 з автоматичним клапаном;

    • газовихлопу з охолоджувачем 10 забезпеченим пристроєм сепарації масла, палива і води, клапаном 11 регулювання рециркуляції;

    • зберігання і подачі окислювача, що містить криогенну ємність 12 зберігання окислювача, вакуумний насос 13, конденсатор 14 другого ступеня з порожнинами кисневої 15 і продуктів згоряння 16, морозильник 17 з порожнинами охолоджуючої 18 і продуктів згоряння 19, пристрій 20 пониження тиску і трубопроводи 21 і 22;

    • відведення відпрацьованих газів встановлювалися, що включає компресор 23 з входом 24 і виходом 25, охолоджувач 26 газів за компресором, конденсатор 27 першого ступеня з порожнинами охолоджуючої 28 і продуктів згоряння 29, сепаратор 30 з порожнинами газової 31 і продуктів згоряння 32, льодогенератор 33 має, внутрішню порожнину 34 і газову сорочку 35, шлюзову камеру 36 з перекриваються вхідними каналами для твердих продуктів згоряння 37 і забортної води 38 і вихідними каналами для твердих продуктів згоряння 39 і забортної води 40, відкачує насос 41, трубопровід 42.

Ємність 12 зберігання окислювача через послідовно з'єднані між собою трубопроводом криогенний насос 13, кисневу порожнину 15 конденсатора 14 другого ступеня, пристрій 20 пониження тиску, охолоджуючу порожнину 28 конденсатора 27 першого ступеня і охолоджуючу порожнину 18 морозильника 17 підключена до змішувальної камері 7, ємність 8 зберігання низькомолекулярного газу підключена до змішувальної камері 7 трубопроводом 9 з автоматичним клапаном, вхід 24 компресора 23 через газову порожнину 19 морозильника 17 підключений до клапана 11 регулювання рециркуляції, вхідний канал 37 для продуктів згоряння шлюзової камери через послідовно з'єднані трубопроводом внутрішню порожнину 34 льдогенератора 33, порожнина 32 продуктів згоряння сепаратора 30, порожнини 16 і 29 продуктів згоряння конденсаторів 14 і 27 другої і першої ступенів, охолоджувач 26 газів за компресором підключена до виходу 25 компресора 23, газова сорочка 35 льдогенератора 33 підключена трубопроводом з автоматичним клапаном до трубопроводу 42, газова порожнина 31 сепаратора 30 паралельно підключена до трубопроводів 21 і 22, пристрій сепарації масла, палива і води охолоджувача 10, газова порожнина 19 морозильника 17 і вихідний канал 40 шлюзовий камери 36 трубопроводами з безповоротними клапанами паралельно підключені до відкачують насоса 41, автоматичні клапани керуючими зв'язками підключені до системи автоматичного управління , а шлюзова камера через вихідний канал для продуктів згоряння і вхідний канал для забортної води поєднана з забортним простором.

Включення в енергетичну установку пропонованого криогенного обладнання (криогенного насоса, конденсатора другого ступеня, пристрої зниження тиску, морозилки і т.д.), а й приєднання порожнини продуктів згоряння конденсатора другого ступеня з системою видалення продуктів згоряння, дозволяють, у порівнянні з прототипом, більш раціонально використовувати низькотемпературну енергію окислення, що дає можливість виключити зі складу ЕУ холодильну установку, зменшити витрати потужності на привід компресора системи видалення продуктів згоряння.

Введення в ЕУ шлюзової камери і льдогенератора і їх підключення до системи відведення відпрацьованих газів встановлювалися, дозволяє видалити продукти згоряння ДВС за борт, і, відповідно, виключити зі складу ЕУ міцні ємності для зберігання рідкого CO _2.

Використання в ЕУ ЗЦ низькомолекулярного газу дозволяє поліпшити термодинамічні властивості робочого тіла в дизелі (зменшити теплоємність), тим самим підвищити паливну економічність.

ЕУ працює наступним чином

Робоча суміш, яка надходить на всмоктування в дизель 1, утворюється в камері змішувача 7 і складається з окислювача (кисню), низькомолекулярного газу і продуктів згоряння. Окислювач надходить в змішувальну камеру (СК) 7 з ємності 12 зберігання окислювача, попередньо пройшовши конденсатори 14 і 27, пристрій зниження тиску 20 і морозильник 17. Низькомолекулярний газ в СК 7 подається з ємності 8 по трубопроводу 9, а вихлопні гази (ВГ) надходять в СК 7 з системи газовихлопу. Паливо подається в дизель 1 з цистерни 2 по трубопроводу 3.

Вихлопні гази, що утворюються в процесі згоряння палива в циліндрах дизеля 1, надходять в порожнину 6 підігрівача 4, де вони охолоджуються в процесі теплообміну з робочою сумішшю, що надходить на всмоктування в двигун 1 через порожнину 5 даного підігрівача. В результаті температура суміші підвищується до температури наддуву. Потім ВГ направляються в конвективний охолоджувач 10, що містяться в них водяні пари конденсуються і видаляються насосом 41 за борт, отсепарирован масло і паливо надходять в відстійну цистерну. В якості охолоджуючої середовища в охолоджувачі 10 використовуються забортної вода із системи охолодження двигуна. Потім в клапані регулювання рециркуляції 11 здійснюється поділ ВГ таким чином, що утворюється в процесі згорання палива частина газів, надходить в порожнину 19 морозильника 17, а решта в СК 7. У морозильнику 17 відбувається подальше охолодження ВГ і заморожування залишків конденсату. Холодоагент, що охолоджує гази, подається в порожнину 18 морозильника з цистерни 12, попередньо пройшовши конденсатори 14 і 27. У процесі роботи установки відбувається забивання порожнини 19 морозильника 17 льодом, утвореного із конденсату, тому для нормального функціонування установки, морозильник 17 виконується двосекційним. В процесі утворення льоду в першій секції в другій відбувається його розморожування, а що утворилася вода видаляється насосом 41 за борт. З морозильника 17 гази надходять в трубопровід 42, де відбувається з змішання з CO _2, що утворюється в газовій сорочці 35 льдогенератора 33, і додаткове охолодження.

Для отримання твердих продуктів згоряння максимальної щільності необхідна наявність рідкої фази _СО2. Існування рідкої фази можливо тільки при тиску вище критичного 5,3 ата, тому в компресорі 23 тиск газів збільшується до 6 ата. Потім гази надходять в охолоджувач 26, в якому в якості охолоджуючої середовища використовується забортної вода із системи охолодження дизеля. З охолоджувача 26 суміш газів направляється в конденсатори 27 і 14, в яких за рахунок теплообміну з киснем вона спочатку охолоджується до температури конденсації CO ₂ мінус 50 ^{o C,} Відповідне тиску 6 ата, а потім відбувається конденсація двоокису вуглецю. Новоутворена двухфазная середовище направляється в сепаратор 30, де здійснюється поділ фаз, потім рідка вуглекислота переливається у внутрішню порожнину 34 льдогенератора 33, а газова фаза, що складається з кисню і низькомолекулярного газу, надходить в змішувальну камеру 7 по трубопроводу 21 і далі в складі робочого тіла на всмоктування в дизель 1 або в якості холодоагенту по трубопроводу 22 подається в охолоджуючу порожнину 18 морозильника 17.

Кисень зберігається в цистерні 12 в рідкому стані під тиском 1 5 ата і з температурою 50 100 Всі К. кріогенних насосом 13 він подається під тиском 30 40 ата в кисневу порожнину 15 конденсатора другого ступеня 14. У конденсаторі 14 в процесі теплообміну з конденсується CO ₂ рідкий кисень випаровується і нагрівається до температури конденсації двоокису вуглецю мінус 50 ^o С. Потім в пристрої зниження тиску 20 холодоагент розширюється, при цьому його тиск зменшується до тиску наддуву, а температура знижується на 115 ^o С.

З пристрою 20 зниження тиску кисень надходить в порожнину 28 конденсатора 27, в якому відбувається охолодження ВГ і початок конденсації CO _2. Потім холодоагент спрямовується в порожнину 18 морозильника 17, з якої надходить в СК 7 і в складі робочого тіла подається на всмоктування в дизель 1.

У внутрішній порожнині 34 льдогенератора 33 в процесі зниження тиску рідини нижче критичної позначки рідка фаза CO ₂ розділяється на тверду (сухий лід) і газоподібну. Газоподібна двоокис вуглецю через газову сорочку 35 надходить в трубопровід 42.

Після закінчення процесу кристалізації _СО2 брикет сухого льоду надходить в шлюзову камеру 36 через вхідний канал 37, потім канал 37 перекривається і камера 36 герметизується, після цього по каналу 38 в шлюзову камеру 36 подається забортної вода. Після вирівнювання тисків в камері з забортним відкривається вихідний канал 39 і брикет сухого льоду під дією сили тяжіння видаляється за борт. Потім канали 38 і 39 закриваються, і шлюзова камера 36 через канал 40 осушується насосом 41.

Розрахунки для ПА з підводного автономністю 72 години і ЕУ містить ДГ потужністю 50 кВт показують, що за рахунок виключення зі складу ЕУ холодильної установки, міцних ємностей для зберігання рідкого _СО2, а й видалення які виникають продуктів згоряння за борт можливе поліпшення масогабаритних характеристик енергетичної установки приблизно на 40 при цьому ККД установки зростає з 22 до 37 внаслідок поліпшення робочого процесу в ДВС працює на суміші містить низькомолекулярний газ, зменшення необхідної потужності на привід компресора системи видалення продуктів згоряння, а й виключення втрат потужності на привід холодильної установки.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Дизельна енергетична установка підводного апарату, що містить двигун внутрішнього згоряння, систему автоматичного управління, вхідну систему з підігрівачем, з порожнинами впускних і вихлопних газів і змішувальної камерою, систему газовихлопу з клапаном регулювання рециркуляції і охолоджувачем, забезпеченим пристроєм сепарації масла, палива і води, систему зберігання і подачі окислювача з кріогенної ємністю зберігання окислювача, систему відведення відпрацьованих газів встановлювалися, що включає компресор з входом і виходом, охолоджувач газів за компресором, конденсатор першого ступеня з порожнинами продуктів згоряння і охолоджуючої, сепаратор з порожнинами газової та продуктів згоряння і теплоізольовані трубопроводи з арматурою, що включає автоматичні клапани, що відрізняється тим, що в систему зберігання і подачі окислювача додатково введені криогенний насос, конденсатор другого ступеня з порожнинами кисневої та продуктів згоряння, морозильник з порожнинами охолоджуючої і продуктів згоряння та улаштування зниження тиску, в систему видалення продуктів згоряння додатково введені льодогенератор, який має внутрішню порожнину і газову сорочку, шлюзова камера з перекриваються вхідними та вихідними каналами для твердих продуктів згоряння і забортної води і відкачує насос, у вхідну систему додатково введена ємність зберігання низькомолекулярного газу, наприклад аргону, причому ємність зберігання рідкого окислювача через послідовно з'єднані між собою трубопроводом криогенний насос, кисневу порожнину конденсатора другого ступеня, пристрій пониження тиску, охолоджувальні порожнини конденсатора першого ступеня і морозильника підключений до змішувальної камері, ємність зберігання низькомолекулярного газу підключена до змішувальної камері трубопроводом з автоматичним клапаном, вхід компресора через газову порожнину морозильника підключений до клапана регулювання рециркуляції, вхідний канал для продуктів згоряння шлюзової камери через послідовно з'єднані трубопроводом внутрішню порожнину льдогенератора, порожнину продуктів згоряння сепаратора, порожнини продуктів згоряння конденсатора другого і першого ступенів, охолоджувач газів за компресором підключений до виходу компресора, газова сорочка льдогенератора підключена трубопроводом з автоматичним клапаном до входу компресора, газова порожнину сепаратора підключена до трубопроводу системи зберігання та подачі окислювача на ділянці між конденсатором першого ступеня і морозильника, пристрій сепарації масла, палива і води охолоджувача системи газовихлопу, газова порожнина морозилки і вихідний канал шлюзовий камери для забортної води трубопроводами з безповоротними клапанами паралельно підключені до відкачують насосу , автоматичні клапани керуючими зв'язками підключені до системи автоматичного управління, а шлюзова камера через вихідний канал для продуктів згоряння і вхідний канал для забортної води поєднана з забортним простором.

Версія для друку
Дата публікації 04.11.2006гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів