Устройство для подачи топлива в энергетическую установку судна
Изобретение относится к устройству для подачи топлива в бортовую энергетическую установку судна для перевозки сжиженного газа из резервуара для сжиженного газа упомянутого судна. Судно для перевозки сжиженного газа имеет, по меньшей мере, один резервуар (2) для сжиженного газа и бортовую энергетическую установку и содержит устройство для подачи топлива в энергетическую установку судна. Устройство включает насос (20), емкость (23), жидкостный эжектор (12) и жидкостную линию. Насос расположен на дне резервуара. Емкость расположена в резервуаре вокруг насоса и рассчитана на поддержание приема насоса в погруженном состоянии. Жидкостный эжектор расположен в резервуаре и позволяет всасывать сжиженный газ на дне резервуара. Жидкостная линия (21, 22, 24, 250) соединяет выходное отверстие насоса с входным отверстием инжектора с одной стороны и выходное отверстие инжектора с емкостью с другой стороны. Достигается уменьшение риска остановки или повреждения насоса. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Настоящее изобретение относится к устройству для подачи топлива в бортовую энергетическую установку судна для перевозки сжиженного газа из резервуара для сжиженного газа упомянутого судна.
Судно для перевозки сжиженного газа, например, типа танкера-метановоза имеет энергетическую установку для обеспечения потребности судна в энергии, в частности для сообщения движения судну и/или выработки электроэнергии для оборудования судна. Установка этого типа обычно имеет тепловые двигатели, потребляющие газ, поступающий из испарителя, в который его подают из резервуаров с жидким газом, перевозимых на судне.
В FR-A-2837783 предложено осуществлять подачу газа в испаритель этого типа и/или другие системы, необходимые для сообщения движения, с использованием насоса, погруженного на дно резервуара судна. Недостатки такого размещения насоса проявляются при необходимости обеспечить движение танкера-метановоза, когда он загружен балластом, т.е. когда резервуары опорожнены. В этом случае необходимо оставлять сопло для сжиженного газа на дне резервуара, чтобы обеспечить работу насоса. В действительности, если уровень жидкости слишком низок, иногда насос начинает перекачивать смесь жидкости и газа из-за перемещений груза, что чревато опасностью остановки или даже серьезного повреждения насоса (из-за плохого охлаждения, падения интенсивности и т.д.).
В FR-A-2832783 предложено устранение этих недостатков за счет того, что насос, также расположенный на дне резервуара, окружают коллекторным кожухом, снабженным контрольными клапанами, с целью обеспечить постоянное погружение приема насоса даже когда резервуар не очень полон, а судно испытывает килевую и бортовую качку. Надежность и кпд этого устройства ограничены, в частности, поскольку клапаны могут заклиниться и перестать выполнять свою функцию и поскольку для заполнения коллекторного кожуха необходимы достаточно регулярные волновые движения, в результате чего он заполняется путем погружения.
В FR-A-2876981 описано устройство для подачи, в котором используют насос на мостике судна, соединенный с жидкостным эжектором, расположенным на дне резервуара. Данное решение требует установки дополнительных элементов на мостике судна, в частности, вспомогательной емкости с необходимостью обеспечения ее тепловой изоляции.
В основу настоящего изобретения положена задача создания подающего устройства, которое не имеет, по меньшей мере, некоторых из упомянутых недостатков известного уровня техники. В частности, задачей настоящего изобретения является создание расположенного в резервуаре подающего устройства для насоса, исключающего или уменьшающего риск остановки или повреждения насоса.
С этой целью в изобретении предложено устройство для подачи топлива в бортовую энергетическую установку судна для перевозки сжиженного газа, по меньшей мере, из одного резервуара для сжиженного газа упомянутого судна, включающее насос, расположенный на дне резервуара, и емкость, расположенную в резервуаре вокруг насоса и рассчитанную на поддержание приема насоса в погруженном состоянии, отличающееся тем, что оно имеет расположенный в резервуаре жидкостный эжектор, позволяющий всасывать сжиженный газ на дне резервуара, и жидкостную линию, соединяющую выходное отверстие насоса с входным отверстием инжектора с одной стороны и выходное отверстие инжектора с емкостью с другой стороны.
С точки зрения изобретения жидкостный эжектор, также называемый жидкоструйным насосом, означает насос определенного типа, имеющий трубу, в которой сила потока нагнетаемой жидкости под давлением обеспечивает всасывание жидкости, поступающей через конец трубы.
Эжектор в целом обеспечивает всасывание при более низком уровне жидкости, чем обычный насос, что подразумевает возможность наполнения емкости с целью поддержания приема насоса в погруженном состоянии даже при низком уровне жидкости в резервуаре. За счет этого можно увеличить количество жидкости, выгружаемой в пункте разгрузки судна. Кроме того, на прием насоса в погруженном состоянии не влияют волны.
Эжектор способен действовать вхолостую (при отсутствии всасываемой жидкости) без риска повреждения или остановки. Отсутствие движущихся механических деталей подразумевает простоту установки и высокую надежность, а также работу с незначительным обслуживанием или без обслуживания, требующего технической остановки судна.
В одном из вариантов осуществления емкость расположена на удалении от эжектора. За счет этого обеспечивается свобода выбора положения для эжектора и емкости, которые соединены жидкостной линией. Например, эжектор может быть помещен в резервуаре с целью сбора жидкости там, где наиболее высока вероятность ее присутствия с учетом перемещений жидкости в резервуаре в процессе перевозки на судне. Узел насоса и емкости может быть помещен в резервуаре с учетом его объемного сопротивления и механической прочности.
В другом варианте осуществления эжектор соприкасается с емкостью или расположен в емкости. Узел, образованный емкостью и эжектором, может быть предварительно собран и легко установлен в резервуаре. За счет этого упрощается жидкостная линия.
Емкость преимущественно имеет профиль, способствующий извлечению жидкости за счет волнового движения жидкости в резервуаре. Кроме того, выходное отверстие инжектора соединено с емкостью жидкостной линией.
В одном из частных вариантов осуществления емкость имеет объем менее 1 м3.
Эжектор преимущественно имеет всасывающий патрубок, входное отверстие которого расположено на меньшей высоте, чем прием насоса.
Устройство для подачи предпочтительно имеет подающий трубопровод, соединяющий жидкостную линию с энергетической установкой.
Подающий трубопровод преимущественно соединен с жидкостной линией между выходным отверстием инжектора и емкостью. В этом случае ограничивается поток, который должен обеспечивать насос. Кроме того, нет необходимости в обратном трубопроводе между подающим трубопроводом и емкостью.
В одном из частных вариантов осуществления упомянутая жидкостная линия имеет регулятор насоса, расположенный ниже по потоку насоса и выше по потоку подающего трубопровода, и регулятор эжектора ниже по потоку подающего трубопровода и выше по потоку эжектора.
Устройство для подачи преимущественно имеет обратный трубопровод, соединяющий подающий трубопровод с емкостью, обратный контрольный клапан, расположенный на обратном трубопроводе и управляемый датчиком давления, расположенным на подающем трубопроводе.
Устройство для подачи предпочтительно имеет выпускной клапан, соединенный с упомянутой жидкостной линией выше по потоку эжектора.
В изобретении также предложено судно для перевозки сжиженного газа, которое имеет, по меньшей мере, один резервуар со сжиженным газом и бортовую энергетическую установку, отличающееся тем, что оно имеет предложенное в изобретении устройство для подачи, соединяющее упомянутый резервуар с упомянутой установкой с целью подачи в установку топлива из резервуара.
Для обеспечения лучшего понимания изобретения и других его задач, подробностей, особенностей и преимуществ далее со ссылкой на приложенные чертежи описано нескольких частных вариантов осуществления в качестве исключительно не ограничивающих примеров.
На чертежах:
на фиг.1 показана функциональная схема устройства для подачи согласно первому варианту осуществления изобретения,
на фиг.2 показана функциональная схема устройства для подачи согласно второму варианту осуществления изобретения и
на фиг.3 показана частичная функциональная схема устройства для подачи согласно третьему варианту осуществления изобретения.
Танкер-метановоз имеет резервуары, число которых составляет, например, четыре и которые герметично и термически изолированы для хранения груза сжиженного газа, например, газа с высоким содержанием метана при температуре приблизительно -160°С. На корме судна расположено машинное отделение, имеющее тепловые двигатели, приводимые в действие сгоранием газа, поступающего из резервуаров, например, паровые котлы для питания паровых турбин с целью сообщения движения судну и/или выработки электроэнергии.
Когда судно движется с полными резервуарами, в результате естественного испарения газа в резервуарах обычно образуется значительное количество топлива для обеспечения работы двигателей в машинном отделении. Обычно этот испаряющийся газ собирается в паросборнике (не показан) на верхнем мостике судна. Тем не менее, когда судно загружено балластом, т.е. после опорожнения его резервуаров, необходимо принудительно подавать сжиженный газ в сопло, остающееся в одном из резервуаров, с целью питания движительной системы судна, для чего судно оснащено устройством для подачи, показанным на фиг.1.
Показанное на фиг.1 устройство для подачи имеет жидкостный эжектор 12, расположенный на дне резервуара 2. Поскольку жидкостный эжектор этого типа хорошо известен специалистам в данной области техники, не имеет смысла приводить его подробное описание. Схематически он имеет сопло Лаваля для обеспечения циркуляции потока жидкости, который служит вытесняющим потоком. Он также имеет всасывающий патрубок 14, направленный в сторону дна резервуара и сообщающийся в боковом направлении с соплом. Вытесняющий поток в сопле вызывает всасывание сжиженного газа через всасывающий патрубок 14, как это показано стрелкой 15.
Для создания вытесняющего потока используют насос 20, расположенный на дне резервуара 2. Выходное отверстие насоса 20 соединено трубопроводом 24, трубопроводом 250 и трубопроводом 21 с входным отверстием 16 эжектора. Трубопровод 22 соединяет выходное отверстие 13 эжектора с емкостью 23, расположенной в резервуаре 2 вокруг насоса 20. Емкость 23 рассчитана на сжиженный газ, поступающий из трубопровода 22, или волну жидкости. Она имеет объем менее 1 м3 и служит для временного хранения жидкости, выбрасываемой эжектором 12, с целью поддержания приема насоса 20 в погруженном состоянии. Таким образом, трубопроводы 21, 22, 24, 250 и емкость 23 образуют жидкостную линию, обеспечивающую циркуляцию вытесняющего потока через эжектор 12 по замкнутому контуру.
На трубопроводе 250 между выходным отверстием насоса 20 и входным отверстием эжектора 12 установлен контрольный клапан 25 для регулирования потока вытесняющей жидкости в трубопроводе 21. Открывание клапана 25 регулируется автоматически. За счет такого регулирования предотвращается падение уровня жидкости 27 в емкости 23 ниже определенного порога, в случае чего возникала бы опасность остановки насоса 20 и его повреждения. В процессе работы емкость 23 обеспечивает запас жидкости, что позволяет гарантировать постоянный входящий поток в насос 20 даже в случае временного выхода эжектора 12 на поверхность, например, из-за перемещений груза при волнении, в результате чего выходной поток сжиженного газа из эжектора 12 становится нерегулярным.
Таким образом, наличие емкости 23 позволяет дополнительно снизить уровень заполнения резервуара 2, при котором возможна подача топлива в двигатели. Эжектор 12, по существу, способен работать периодически, т.е. улавливать волну сжиженного газа, которая появляется и исчезает на дне резервуара при каждом столкновении с эжектором. На фиг.1 показано, что жидкость в резервуаре 2 находится ниже уровня приема насоса 20, но выше уровня входного отверстия всасывающего патрубка 14. Емкость 23 обеспечивает правильную работу в данном состоянии, поскольку она поддерживает уровень 27 выше приема насоса.
Трубопровод 250 имеет подающий трубопровод 28, расположенный между выходным отверстием насоса 20 и клапаном 25. Подающий трубопровод 28 позволяет направлять часть сжиженного газа, циркулирующего по трубопроводу 250, в требующую снабжения энергетическую установку в машинном отделении 5. Для регулирования потока, выходящего через подающий трубопровод 28, он снабжен регулятором 29 потока, открыванием и закрыванием которого управляют с учетом потребления топлива двигателями с использованием проиллюстрированного стрелкой 30 сигнала запроса, который поступает от устройства управления тепловыми двигателями в машинном отделении 5. Ниже по потоку регулятора 29 подающий трубопровод 28 сообщается с испарителем 31 для испарения сжиженного газа и его подачи в газообразной форме в снабжаемые топливом двигатели. С подающим трубопроводом 28 выше по потоку регулятора 29 соединен обратный трубопровод 32, который сообщается с емкостью 23. Обратный трубопровод 32 позволяет возвращать сжиженный газ в направлении емкости 23, когда давление в подающем трубопроводе 28 является слишком высоким. Для этого трубопровод 32 снабжен контрольным клапаном 33, которым управляют в соответствии с сигналом датчика 34 давления, измеряющего давление в трубопроводе 28. Выше по потоку регулятора 29 трубопровод 35 соединен с подающим трубопроводом 28 и сообщается с вспомогательными системами 36.
В процессе работы поток за насосом 20 регулируют с помощью клапана 200, установленного на трубопроводе 24. Клапан 200 оснащен контрольным клапаном 201.
Для запуска устройства для подачи может потребоваться другое средство подачи топлива в жидкостный эжектор 12, помимо насоса 20. Для этого выпускной насос 54 или любой другой насос посредством трубопровода 55, используемого для опорожнения резервуара 2 в пункте разгрузки, соединен с трубопроводом 21 приемным трубопроводом 40, имеющим приемный контрольный клапан 410 и выпускной контрольный клапан 540. Клапаны 41 и 540 имеют контрольные клапаны 410 и 541, соответственно.
Описанное устройство позволяет подавать топливо из одного или нескольких резервуаров 2 судна. Во втором случае в каждом из используемых резервуаров аналогичным образом помещают насос 20, емкость 23 и жидкостный эжектор 12.
На фиг.2 проиллюстрирован другой вариант осуществления устройства для подачи. На фиг.2 использованы те же позиции, что и для обозначения идентичных или сходных элементов в варианте осуществления, показанном на фиг.1.
В проиллюстрированном на фиг.2 варианте осуществления эжектор 12 и насос 20 занимают противоположные положения по сравнению с фиг.1, т.е. насос 20 расположен выше по потоку эжектора 12. Насос 20 также используется для обеспечения циркуляции жидкости, но для питания энергетической установки посредством подающего трубопровода 28 используют поток, отводимый эжектором. Избыток потока возвращается в емкость 23 по трубопроводам 250 и 21, обеспечивает достаточный уровень жидкости для предотвращения остановки насоса 20.
По сравнению с показанным на фиг.1 вариантом осуществления насос должен отводить меньший поток. В действительности, насос должен лишь подавать поток, достаточный для работы эжектора, тогда как в показанном на фиг.1 варианте осуществления он также должен обеспечивать поток для подающего трубопровода 28.
В данном варианте осуществления датчик 34 также позволяет регулировать давление выше по потоку испарителя 31 путем воздействия в данном случае на клапан 25. Поскольку трубопроводы 250 и 21 служат обратным трубопроводом, нет необходимости в специальном трубопроводе, таком как трубопровод 32 в вариантах осуществления, показанных на фиг.1 и 3.
В одном из непроиллюстрированных вариантов осуществления ниже по потоку эжектора 12 расположен фазоразделитель.
На фиг.3 частично проиллюстрирован другой вариант осуществления устройства для подачи. На фиг.3 использованы те же позиции, что и для обозначения идентичных или сходных элементов в варианте осуществления, показанном на фиг.1.
В показанном на фиг.3 варианте осуществления эжектор 12 расположен в емкости 23. Его всасывающий патрубок 14 находится на дне емкости 23 и сообщается с резервуаром 2. Накачиваемая жидкость свободно поступает из его выпускного отверстия 13 в емкость 23. В данном варианте осуществления емкость 23 и эжектор 12 могут быть объединены в единый элемент для установки в резервуаре 2.
Хотя изобретение описано применительно к нескольким частным вариантам осуществления, ясно, что оно не ограничено ими и включает все технические эквиваленты описанных средств, а также их сочетания, если они входят в объем изобретения.
1. Устройство для подачи топлива в энергетическую установку судна для перевозки сжиженного газа, по меньшей мере, из одного резервуара (2) для сжиженного газа упомянутого судна, включающее насос (20), расположенный на дне резервуара, и емкость (23), расположенную в резервуаре вокруг насоса и рассчитанную на поддержание приема насоса в погруженном состоянии, отличающееся тем, что оно имеет расположенный в резервуаре жидкостный эжектор (12), позволяющий всасывать сжиженный газ на дне резервуара, и жидкостную линию (21, 22, 24, 25), соединяющую выходное отверстие насоса с входным отверстием инжектора, с одной стороны, и выходное отверстие инжектора с емкостью, с другой стороны.
2. Устройство для подачи по п.1, в котором емкость расположена на удалении от эжектора.
3. Устройство для подачи по п.1, в котором эжектор соприкасается с емкостью или расположен в емкости.
4. Устройство для подачи по одному из предшествующих пунктов, в котором емкость имеет профиль, способствующий наполнению за счет жидкости, поступающей из полного резервуара, или за счет волны сжиженного газа.
5. Устройство для подачи по одному из пп.1-3, в котором упомянутая емкость имеет объем менее 1 м3.
6. Устройство для подачи по одному из пп.1-3, в котором упомянутый эжектор имеет всасывающий патрубок (14), входное отверстие которого расположено на меньшей высоте, чем прием насоса.
7. Устройство для подачи по одному из пп.1-3, включающее подающий трубопровод (28), соединяющий жидкостную линию с энергетической установкой.
8. Устройство для подачи по п.7, в котором подающий трубопровод (28) соединен с жидкостной линией между выходным отверстием инжектора и емкостью.
9. Устройство для подачи по одному из пп.1-3, включающее выпускной насос (54) или любой другой насос судна, посредством трубопровода (55) соединенный с упомянутой жидкостной линией выше по потоку эжектора.
10. Судно для перевозки сжиженного газа, имеющее, по меньшей мере, один резервуар для сжиженного газа и бортовую энергетическую установку, отличающееся тем, что оно имеет устройство для подачи по одному из пп.1-3, соединяющее упомянутый резервуар с упомянутой установкой с целью подачи в установку топлива из упомянутого резервуара.
