Судовая энергетическая установка на сжиженном природном газе


 


Владельцы патента RU 2598478:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Санкт-Петербургская электротехническая компания" (RU)

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам и способам питания судовых двигателей внутреннего сгорания. Предложенный двигатель 7 запускается на дизельном топливе, подаваемом в двигатель по линии 9 подачи дизельного топлива. Затем переходит на газодизельный режим работы. Сжиженный природный газ из резервуара 1 под давлением газообразного газа из ресивера 5 подается в испаритель 2, где газифицируется, и после ресивера 5 поступает в смеситель 8, откуда в двигатель 1. При подаче в двигатель газовоздушной смеси вместо чистого воздуха увеличивается теплотворная способность топлива в двигателе, что позволяет сократить подачу дизельного топлива. Механическая энергия передается от двигателя 7 валом 12 через редуктор 14, на гребной винт 13, который приводит в движение судно. Технический результат заключается в повышении стабильности работы двигателя на газовом топливе, сокращении расхода дизельного топлива и снижении токсичности выхлопных газов. 1 ил.

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам и способам питания двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано в качестве систем питания газодизелей судовых энергетических установок с применением альтернативных видов топлива, в частности природного газа.

Известно об экономической эффективности применения сжиженного природного газа (СПГ) для различных видов автотранспорта и энергоснабжения удаленных населенных пунктов (Кириллов Н.Г. СПГ - моторное топливо XXI века. // НефтьГазпромышленность, №3, 2007. - Стр. 44-47).

Известно об экологической эффективности использования природного газа в энергетических установках. Замена традиционных видов моторного топлива (бензина и дизельного топлива) на природный газ позволяет снизить выбросы вредных компонентов отработанных газов в 3-8 раз (Кириллов Н.Г. Природный газ как моторное топливо и экология автомобильного транспорта России. М.: ИРЦ «Газпром», 2003. - Стр. 11-17).

Известен способ питания газодизеля, при котором в качестве основного топлива используют природный газ, а в качестве запальной дозы используют диметиловый эфир в конце такта сжатия под давлением 200-300 бар. Запальную дозу диметилового эфира смешивают с природным газом и дожимают, а затем охлаждают смесь до образования жидкой фазы и подают ее в конце такта сжатия более одного раза за такт (патент РФ №2472013, опубл. 10.01.2013). Однако диметиловый эфир является дорогостоящим видом топлива, а также отсутствует инфраструктура по заправке данным энергоносителем транспортных средств.

Известны способы питания газодизелей, при которых в качестве основного топлива используют природный газ, а дизельное топливо применяют в качестве запальной дозы, составляющей от 8 до 30% по отношению к общему количеству топлива. Такой способ позволяет уменьшить расход дизельного топлива и при общемировой тенденции снижения добычи нефти и, как следствие, увеличения ее цены имеет очевидные преимущества (Генкин К.И. Газовые двигатели. - М.: Машиностроение, 1977. - Стр. 156-167).

Известно устройство двухтопливной системы питания для двигателя внутреннего сгорания, содержащее двигатель внутреннего сгорания, систему управления газодизельным циклом для поддержания оптимального соотношения газа, воздуха и запальной дозы дизельного топлива (патент РФ №2140007, опубл. 20.10.1999). Однако для хранения природного газа используются баллоны высокого давления, что приводит к значительному увеличению веса и массогабаритных характеристик топливной системы.

Известно устройство энергетической установки на сжиженном природном газе, состоящее из двигателя и системы хранения сжиженного природного газа и подачи природного газа в двигатель, включающей в себя резервуар для хранения сжиженного природного газа, испаритель сжиженного природного газа с линией подачи греющей среды, линию поддержания давления в резервуаре для хранения сжиженного природного газа, линию подачи воздуха в двигатель, трубопроводы с запорно-регулирующей арматурой, обеспечивающие подачу природного газа в двигатель и связь между резервуаром, испарителем и двигателем (патент РФ №2208747, опубл. 20.07.2003). Однако данная энергетическая установка не предназначена для ее использования на судне в двухтопливном режиме и не может использовать дизельное топливо как резервный вид топлива в случае отсутствия или невозможности заправки судна сжиженным природным газом.

Технический результат, который может быть получен при применении данного изобретения, заключается в повышении устойчивости и стабильности работы двигателя на газовом топливе, сокращении расхода дорогостоящего дизельного топлива, снижении токсичности выхлопных газов и снижении стоимости эксплуатации судовых энергетических установок, а также использовании дизельного топлива в качестве резервного вида топлива в случае отсутствия или невозможности заправки судна сжиженным природным газом.

Для достижения данного технического результата судовая энергетическая установка на сжиженном природном газе, состоящая из двигателя и системы хранения сжиженного природного газа и подачи природного газа в двигатель, включающей в себя резервуар для хранения сжиженного природного газа, испаритель сжиженного природного газа с линией подачи греющей среды, линию поддержания давления в резервуаре для хранения сжиженного природного газа, линию подачи воздуха в двигатель, трубопроводы с запорно-регулирующей арматурой, обеспечивающие подачу природного газа в двигатель и связь между резервуаром, испарителем и двигателем, снабжена ресивером, расположенным после испарителя, линией отвода отработанных газов двигателя, проходящей через ресивер, газовоздушным смесителем, расположенным между ресивером и двигателем, линией подачи дизельного топлива, обратным клапаном между испарителем и ресивером, редукционным клапаном между ресивером и газовоздушным смесителем, при этом линия поддержания давления в резервуаре для хранения сжиженного природного газа соединяет ресивер и газовую полость резервуара для хранения сжиженного природного газа, а в качестве греющей среды в испаритель подается забортная вода.

Введение в состав судовой энергетической установки на сжиженном природном газе ресивера, расположенного после испарителя, линии отвода отработанных газов двигателя, проходящей через ресивер, смесителя, расположенного между ресивером и двигателем, линии подачи дизельного топлива, обратного клапана между испарителем и ресивером, редукционного клапана между ресивером и газовоздушным смесителем, а также линии поддержания давления в резервуаре для хранения сжиженного природного газа, соединяющей ресивер и газовую полость резервуара для хранения сжиженного природного газа, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности повышения устойчивости и стабильности работы двигателя на переходных режимах за счет использования объема газообразного топлива, запасенного в ресивере, и стабильного обеспечения подачи необходимого количества сжиженного природного газа из резервуара для его хранения в испаритель за счет давления, возникающего при газификации сжиженного природного газа от теплоты забортной воды и передаваемого из ресивера в газовую полость резервуара, а также сокращение расхода дорогостоящего дизельного топлива, снижения токсичности выхлопных газов и снижения стоимости эксплуатации судовых энергетических установок за счет использования дизельного топлива только в качестве запальной дозы и замещения его природным газом, подаваемым в двигатель через газовоздушный смеситель.

На фиг. 1 изображено устройство судовой энергетической установки на сжиженном природном газе.

Судовая энергетическая установка на сжиженном природном газе включает в себя резервуар для хранения сжиженного природного газа 1, испаритель сжиженного природного газа 2 с линией подачи забортной воды (греющей среды) 3, линию поддержания давления 4 в резервуаре для хранения сжиженного природного газа 1, ресивер 5, расположенный после испарителя, линию отвода отработанных газов 6 от двигателя судна 7, проходящую через ресивер 5, газовоздушный смеситель 8, расположенный между ресивером 5 и двигателем 7, линию подачи дизельного топлива 9, обратный клапан 10 между испарителем 2 и ресивером 5, редукционный клапан 11 между ресивером 5 и газовоздушным смесителем 8, при этом линия поддержания давления 4 в резервуаре для хранения сжиженного природного газа 1 соединяет ресивер 5 и газовую полость 15 резервуара для хранения сжиженного природного газа 1. Двигатель судна 7 соединен валом 12 с гребным винтом 13 через редуктор 14. Воздух в газовоздушный смеситель 8 подается по линии подачи воздуха 16. Между резервуаром для хранения сжиженного природного газа 1 и испарителем 2 установлен обратный клапан 17, а на линии поддержания давления 4 в резервуаре для хранения сжиженного природного газа 1 установлен запорный клапан 18.

Судовая энергетическая установка на сжиженном природном газе работает следующим образом.

Двигатель судна 7 запускается на дизельном топливе, подаваемом в двигатель 7 по линии подачи дизельного топлива 9, и смешивается с воздухом, поступающим в двигатель 7 по линии подачи воздуха 16 через смеситель 8. Затем переходит на газодизельный режим работы.

Горячие отработанные газы поступают из двигателя 7 по линии отвода отработанных газов 6 в ресивер 5, где нагревают хранящийся там газообразный природный газ, при этом повышается температура и давление природного газа.

Нагретый природный газ с повышенным давлением из ресивера 5 через открытый запорный клапан 18 по линии поддержания давления 4 поступает в газовую полость 15 резервуара для хранения сжиженного природного газа 1. За счет высокого давления в газовой полости 15 сжиженный природный газ передавливается через обратный клапан 17 в испаритель 2.

В испаритель 2 по линии подачи греющей среды 3 подается забортная вода необходимого объема для газификации сжиженного природного газа. Газифицированный природный газ из испарителя 2 через обратный клапан 10 поступает в ресивер 5. Ресивер 5 выполнен необходимого объема, что обеспечивает необходимый запас газообразного природного газа для обеспечения стабильной работы двигателя 7 на переходных режимах и номинальной мощности. Это также позволяет снизить объем испарителя 2, упростить систему регулирования и обеспечить надежность работы судовой энергетической установки в целом.

Из ресивера 5 газообразный природный газ поступает в газовоздушный смеситель 8 через редукционный клапан 11, при этом снижается его давление до необходимого уровня. В газовоздушном смесителе 8 природный газ смешивается с воздухом, поступающим по линии подачи воздуха 16. Далее газовоздушная смесь подается в двигатель 7.

При подаче газовоздушной смеси вместо чистого воздуха увеличивается теплотворная способность топлива в двигателе 7, что позволяет сократить подачу дизельного топлива. Дальнейшее увеличение подачи природного газа при выходе судовой энергетической установки на номинальную мощность позволяет уменьшить объем подачи дизельного топлива до объема запальной дозы, обеспечивающей возгорание топливной смеси в двигателе 7 от сжатия, что составляет от 8 до 30% обычного расхода дизельного топлива.

Уменьшение потребления дизельного топлива снижает концентрацию токсичных компонентов в отработанных газах, улучшая экологические параметры судовой энергетической установки, и снижает эксплуатационные затраты за счет замещения дорогого дизельного топлива более дешевым природным газом.

В двигателе 7 сгорание газовоздушной смеси и запальной дозы дизельного топлива преобразуется в полезную механическую, вращательную энергию вала 12. Полезная механическая энергия передается от двигателя 7 валом 12 через редуктор 14, где происходит понижение или повышение оборотов, на гребной винт 13, который приводит в движение судно.

Источники информации

1. Кириллов Н.Г. СНГ - моторное топливо XXI века. // НефтьГазпромышленность, №3, 2007. - Стр. 44-47.

2. Кириллов Н.Г. Природный газ как моторное топливо и экология автомобильного транспорта России. М.: ИРЦ «Газпром», 2003. - Стр. 11-17.

3. Патент РФ №2472013, опубл. 10.01.2013.

4. Генкин К.И. Газовые двигатели. - М.: Машиностроение, 1977. - Стр. 156-167.

5. Патент РФ №2140007, опубл. 20.10.1999.

6. Патент РФ №2208747, опубл. 20.07.2003, - прототип.

Судовая энергетическая установка на сжиженном природном газе, состоящая из двигателя и системы хранения сжиженного природного газа и подачи природного газа в двигатель, включающей в себя резервуар для хранения сжиженного природного газа, испаритель сжиженного природного газа с линией подачи греющей среды, линию поддержания давления в резервуаре для хранения сжиженного природного газа, линию подачи воздуха в двигатель, отличающаяся тем, что снабжена ресивером, расположенным после испарителя, линией отвода отработанных газов двигателя, проходящей через ресивер, газовоздушным смесителем, расположенным между ресивером и двигателем, линией подачи дизельного топлива, обратным клапаном между испарителем и ресивером, редукционным клапаном между ресивером и газовоздушным смесителем, при этом линия поддержания давления в резервуаре для хранения сжиженного природного газа соединяет через запорный клапан ресивер и газовую полость резервуара для хранения сжиженного природного газа, а в качестве греющей среды в испаритель подается забортная вода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в системе питания дизелей автотракторной техники. Предложена двухтопливная система питания дизеля, содержащая бак 1 минерального топлива, бак 2 растительного масла, фильтры 3 и 4 грубой очистки, фильтр 5 тонкой очистки, топливоподкачивающий насос 6, электрический насос 7 подачи растительного масла с обратным клапаном 8 и электрический насос 25 подачи минерального топлива с обратным клапаном 26, топливный насос высокого давления 9, форсунки 10 и смеситель 12, во входных каналах которого установлены электродозаторы 16 и 17, электрически соединенные через электронный блок управления 18 с датчиком 19 нагрузочно-скоростного режима и датчиком 20 температуры растительного масла.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложена система питания дизеля для работы на смесевом биоминеральном топливе, содержащая бак 2 биологического топлива, бак 1 минерального топлива, линию 5 забора биологического топлива, линию 3 забора минерального топлива, смеситель 11 биологического и минерального топлива с дозирующим устройством, имеющий два входных и один выходной каналы, линию 17 слива смесевого биоминерального топлива, топливный насос высокого давления 14, форсунки 15 и орган управления топливоподачей дизеля.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи дизельных двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложена двухтопливная система питания ДВС, содержащая бак минерального топлива (1), бак растительного масла (2), смеситель (3), дозаторы (7, 8) с пневмомеханическим приводом, фильтр грубой очистки (13), топливоподкачивающий насос (14), фильтр тонкой очистки (15), топливный насос высокого давления (16) и форсунки (17).

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложена система топливоподачи, содержащая источник дизельного топлива 1, источник сжиженного нефтяного газа (пропан-бутан) 2 и источник природного газа (метан) 3.

Изобретение относится к области двигателестроения. Система питания тракторного дизеля с ручным управлением подачей смесевого топлива содержит баки (1 и 2) растительного масла и минерального топлива, смеситель (9), во входных каналах (10 и 11) которого размещены дроссельные заслонки (12 и 13) с закрепленными на их осях (14 и 15) рычагами управления (23 и 24).

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в стационарных установках при работе двигателя на различных сортах топлива, в частности на нефти.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Предложен ультразвуковой смеситель растительного масла и минерального топлива, содержащий ультразвуковой излучатель (1), электронный блок управления (3).

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двухтопливная система питания автотракторного дизеля, содержащая бак минерального топлива (1), бак растительного топлива (2), топливный фильтр (3) грубой очистки, топливный фильтр (4) тонкой очистки, топливоподкачивающий насос (5), топливопроводы (6 и 10), смеситель (7), топливный насос высокого давления (8), форсунки (9).

Изобретение относится к области двигателестроения в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Устройство содержит электромагнитную форсунку, размещенную во впускном трубопроводе дизеля, электрический насос, датчики частоты вращения коленчатого вала, нагрузочного режима дизеля, температуры охлаждающей жидкости и допустимого снижения напряжения бортовой сети, электронный блок с регуляторами и источник питания.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Технический результат от реализации изобретения заключается в снижении содержания вредных ингредиентов в ОГ дизельного двигателя путем улучшения процесса сгорания углеводородного топлива.

Изобретение относится к системам обработки сжиженного газа и может быть использовано на судах. Система обработки сжиженного газа для судна содержит основную линию подачи испаряющегося газа (BOG), выполненную с возможностью сжимать BOG, образуемый в грузовой цистерне, посредством компрессора и подавать его в основной двигатель в качестве топлива.

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к системам регулирования топливоподачи газодизелей, работающих на двух видах топлива. Предложена система регулирования газодизеля, содержащая регулятор 1 частоты вращения, смеситель 3 воздуха и газа, клапан 6 с электромагнитным управлением на подводе газа, выходной рычаг 13 регулятора, с одной стороны кинематически связанный через тягу и пружину 8 с рейкой 12 топливного насоса высокого давления (ТНВД), с другой - с заслонкой 4 на подводе газа в смеситель.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС), работающих на газу. Предложен воздуховод ДВС содержащий полый корпус 1, имеющий впускное отверстие для прохода потока воздуха в полость внутри корпуса 1 и выпускные отверстия 3 для прохода воздуха из упомянутой полости в каналы в головке цилиндров ДВС.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложена система топливоподачи, содержащая источник дизельного топлива 1, источник сжиженного нефтяного газа (пропан-бутан) 2 и источник природного газа (метан) 3.

Изобретение может быть использовано в устройствах, приводимых в действие двигателем внутреннего сгорания, использующим газовое топливо. Устройство с приводом от питаемого газом двигателя (22) внутреннего сгорания,содержит устройство, выполненное в виде контейнера (12) для хранения сжиженного газа, выпускной канал, и устройство крепления контейнера для хранения сжиженного газа.

Изобретение относится к области средств подачи топлива в двигатель, в частности к инжектору для подачи газового топлива в цилиндр двигателя, и может найти применение в различных областях средств транспорта и газо-поршневых энергетических установках, применяющих газовое топливо.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Предложено устройство для питания двигателя газообразным топливом, содержащее трубку 1 для подвода газообразного топлива к впускному клапану 3 цилиндра двигателя.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Предложено устройство для подвода к двигателю газообразного топлива, содержащее трубку 1 для подачи газообразного топлива к впускному клапану 3 цилиндра двигателя, расположенную во впускном канале 4 головки цилиндров.

Изобретение относится к техническим решениям, касающимся обеспечения газовым топливом судовых потребителей на танкерах для перевозки СПГ, использующих в качестве основного энергоносителя перевозимый в сжиженном состоянии природный газ.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Впускной трубопровод 2 соединен с баллоном горючего газа 5.

Изобретение относится к хвостохранилищам для складирования отходов обогащения горно-обогатительных предприятий и может быть использовано при эвакуации хвостов из хвостохранилищ.
Наверх