RU2082648C1 - Cooling system of shipboard power plant - Google Patents

Abstract

FIELD: shipboard power plants working in ice conditions and in extreme contamination. SUBSTANCE: cooling system includes main condenser provided with steam pipe line and condensate discharge pipe line, sea water intake and discharge pipe lines brought out to sea chest, circulating pump and gate valves; power plant is provided with additional loop for removal of heat to sea water which is made in form of auxiliary condenser connected to steam pipe line and to condensate discharge pipe line; auxiliary condenser is provided with built-in heat-absorbing unit combined with heat absorbing part of at least one thermal tube; heat-liberating part of thermal tube is brought out to sea chest and is combined with heat-liberating unit located in this chest. Heat-absorbing and heat-liberating units are made from material possessing properties of thermoelastic martensite conversion. EFFECT: enhanced efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к судостроению и может быть использовано при создании систем охлаждения энергетических установок судов, работающих в условиях высокой загрязненности забортной воды различными включениями, например, мусором, водорослями, илом, а также судов, плавающих в ледовых условиях при наличии большого количества ледяной крошки, например, на атомных или дизель-электрических ледоколах. The invention relates to shipbuilding and can be used to create cooling systems for power plants of ships operating in conditions of high pollution of sea water with various inclusions, for example, garbage, algae, silt, as well as ships floating in ice conditions in the presence of a large amount of ice crumbs, for example , on atomic or diesel-electric icebreakers.

Известные система охлаждения судовой энергетической установки, как правило, включают теплообменники, например, конденсаторы, охлаждаемые забортной водой, прокачиваемой через приемный и отливной патрубки циркуляционной трассы посредством циркуляционных насосов (Алямовский М.И. Промыслова А.А. Судовые конденсационные установки. Л. Судпромгиз, 1962, гл. VII). The known cooling system of a ship’s power plant typically includes heat exchangers, for example, condensers, which are cooled by sea water pumped through the inlet and outlet of the circulation path through circulation pumps (Alyamovsky M.I. Promyslova A.A. Ship condensing units. L. Sudpromgiz 1962, ch. VII).

При наличии в забортной воде различных включений они могут засасываться в систему охлаждения, нарушая или делая вообще невозможной ее нормальную работу. In the presence of various inclusions in seawater, they can be sucked into the cooling system, disrupting or making it impossible to operate normally.

Этот недостаток преодолевается путем устройства на судне специальных кингстонных или ледовых ящиков с отверстиями, закрытыми снаружи защитными решетками, исключающими попадание в циркуляционную трассу крупных посторонних включений (Эпельман Т.Е. Ипатенко А.Я. Судовые теплоэнергетические установки и их оборудование. Л. Судостроение. 1974, с. 235-242). This disadvantage is overcome by installing special kingston or ice boxes on the vessel with openings closed with protective gratings on the outside to prevent large foreign impurities from entering the circulation path (Epelman T.E. Ipatenko A.Ya. Ship thermal power plants and their equipment. L. Shipbuilding. 1974, p. 235-242).

Указанная система охлаждения энергетической, например, паротурбинной установки, являющаяся ближайшим аналогом, включает в себя главный конденсатор, соединенный с паропроводом и трубопроводом удаления конденсата, приемный и отливной трубопроводы забортной воды, выведенные в забортный, например, кингстонный ящик, циркуляционный насос и клинкеты. The specified cooling system of an energy, for example, steam turbine installation, which is the closest analogue, includes a main condenser connected to the steam and condensate removal pipes, inlet and outlet seawater pipelines output to the outboard, for example, kingston box, circulation pump and clinkets.

Прием забортной воды осуществляется в такой системе через кингстонный или ледовый ящик, оборудованные устройствами для подогрева и продувания приемных решеток или сетчатых фильтров. Однако, чем выше требования к очистке воды, тем меньшую ячейку должна иметь приемная решетка или сетка и тем быстрее она засоряется или зарастает. Указанный недостаток характерен практически для всех известных систем охлаждения с прокачиванием или самопротоком забортной воды через конденсатор. Seawater reception is carried out in such a system through a kingston or ice box equipped with devices for heating and blowing intake grids or strainers. However, the higher the requirements for water treatment, the smaller the cell should have a receiving grid or mesh and the faster it becomes clogged or overgrown. This drawback is characteristic of almost all known cooling systems with pumping or self-flow of sea water through a condenser.

Техническая задача обеспечение охлаждения судовой энергетической установки независимо от степени загрязненности забортной воды различными включениями. The technical task is to ensure the cooling of the ship's power plant, regardless of the degree of contamination of the sea water with various inclusions.

Задача решается тем, что система охлаждения снабжена дополнительным контуром отвода тепла в забортную воду, выполненным в виде присоединенного к паропроводу и трубопроводу удаления конденсата вспомогательного конденсатора с встроенным в него теплопоглощающим блоком, например, выполненным из материала с термоупругими мартенситными превращениями, совмещенным с теплопринимающей частью, по крайней мере, одной тепловой трубы, теплоотдающая часть которой выведена в забортный, например, кингстонный ящик и совмещена с размещенным в нем теплоотдающим блоком, например, выполненным из материала с термоупругими мартенситными превращениями. The problem is solved in that the cooling system is equipped with an additional circuit for removing heat into the seawater, made in the form of an auxiliary condenser connected to the steam and condensate removal pipes with a heat-absorbing unit integrated in it, for example, made of a material with thermoelastic martensitic transformations, combined with a heat-receiving part, at least one heat pipe, the heat-releasing part of which is brought into the outboard, for example, a kingston box and combined with the heat ootdayuschim unit, e.g., made of a material having a thermoelastic martensitic transformation.

На чертеже представлена система охлаждения судовой энергетической установки, например, системы охлаждения паротурбинной установки. Система содержит главный конденсатор 1, соединенный с паропроводом 2 и трубопроводом удаления конденсата 3, приемный 4 и отливной 5 трубопроводы забортной воды, выведенные в забортный, например, кингстонный ящик 6, циркуляционный насос 7 и клинкеты 8. Система снабжена дополнительными контуром отвода тепла в забортную воду, выполненным в виде присоединенного к паропроводу и трубопроводу удаления конденсата вспомогательного конденсатора 9 с встроенным в него теплопоглащающим блоком 10, например, выполненным из материала с термоупругими мартенситными превращениями, совмещенным с теплопринимающей частью по крайней мере одной тепловой трубы 11, теплоотдающая часть которой выведена в заборный, например, кингстонный ящик и совмещена с размещенным в нем теплоотдающим блоком 12, например, выполненным из материала с термоупругими мартенситными превращениями. The drawing shows a cooling system of a ship power plant, for example, a cooling system of a steam turbine plant. The system contains a main condenser 1 connected to the steam line 2 and the condensate removal pipe 3, a receiving 4 and a drain 5 overboard water pipelines discharged into the outboard, for example, kingston box 6, the circulation pump 7 and clinkets 8. The system is equipped with additional heat removal circuit to the outboard water, made in the form of an auxiliary condenser 9 connected to the steam and condensate removal pipes with a heat-absorbing unit 10 integrated in it, for example, made of a material with thermoelastic march local sieve transformations combined with teploprinimayuschey part of at least one heat pipe 11, heat emitting part of which is derived in the fence, for example, sea chests, and aligned with the arranged therein heat emitting unit 12, e.g., made of a material having a thermoelastic martensitic transformation.

Блоки из материала с термоупругими мартенситными превращениями характеризуются высокой теплоемкостью и быстродействием процессов теплопоглощения и теплоотдачи. Blocks made of a material with thermoelastic martensitic transformations are characterized by high heat capacity and speed of heat absorption and heat transfer processes.

Эти блоки могут иметь ребра или каналы для повышения поверхности теплопередачи. These blocks may have ribs or channels to enhance the heat transfer surface.

Тепловая труба имеет герметичный корпус, на внутренней поверхности которого расположен капиллярно-пористый материал фитиль, пропитанный жидкой фазой теплоносителя. The heat pipe has a sealed housing, on the inner surface of which there is a capillary-porous wick material, impregnated with the liquid phase of the coolant.

В качестве теплоносителя для тепловой трубы могут использоваться, например, щелочные металлы, позволяющие реализовать очень высокие плотности теплового потока. Теплопередача указанной трубы может быть на несколько порядков превышать теплопередачу медного стержня такого же сечения. As a heat carrier for a heat pipe, for example, alkali metals can be used, which make it possible to realize very high heat flux densities. The heat transfer of this pipe can be several orders of magnitude higher than the heat transfer of a copper rod of the same cross section.

Включение системы охлаждения осуществляется, когда необходимо отключить контур забортной воды главного конденсатора, например, из-за высокой степени загрязнения воды за бортом судна или при его плавании в сложных ледовых условиях. Вспомогательный конденсатор 9 подключается посредством клинкетов 8 к паропроводу 2 и трубопроводу удаления конденсата 3. The cooling system is activated when it is necessary to disconnect the outboard water circuit of the main condenser, for example, due to the high degree of pollution of the water overboard or when it is sailing in difficult ice conditions. The auxiliary condenser 9 is connected via clinket 8 to the steam line 2 and the condensate removal pipe 3.

Тепловая энергия посредством мартенситного блока 10, являющегося своеобразным тепловым демпфером, передается на теплопринимающую часть тепловой трубы 11. Это приводит к испарению на этом участке трубы жидкого теплоносителя, пары которого движутся по центральной части трубы к охлаждаемому участку, где они конденсируются. Жидкая фаза теплоносителя по фителю возвращается в зону испарения, поддерживая таким образом непрерывную конвективную теплопередачу по трубе. Thermal energy through the martensitic block 10, which is a kind of thermal damper, is transferred to the heat-receiving part of the heat pipe 11. This leads to evaporation of liquid heat carrier in this section of the pipe, the vapor of which moves along the central part of the pipe to the cooled section where they condense. The liquid phase of the coolant through the wick returns to the evaporation zone, thus maintaining continuous convective heat transfer through the pipe.

Далее тепловая энергия из теплоотдающей части тепловой трубы передается в теплоотдающий мартенситный блок, смываемый забортной водой. Качественная циркуляция забортной воды в кингстонном ящике через имеющиеся отверстия в защитных решетках или фильтрах, возникающая за счет разности температуры воды вблизи теплоотдающего мартенситного блока и вдали от него, характеризуется безнапорным конвективным движением, а, следовательно, устраняет основную причину быстрого забивания отверстий. Further, the thermal energy from the heat-releasing part of the heat pipe is transferred to the heat-releasing martensitic block, washed off with seawater. The high-quality circulation of overboard water in the kingston box through the openings in the protective grilles or filters, which arises due to the difference in the temperature of the water near the heat-releasing martensitic block and away from it, is characterized by non-pressure convective motion, and, therefore, eliminates the main reason for fast clogging of holes.

Увеличение объема кингстонного ящика, необходимо для размещения в нем мартенситного теплоотводящего блока и вовлечения в процесс теплоотдачи большого количества воды, как правило, не представляет больших затруднений на существующих судах с двойным дном. Теплоотдающий блок может быть размещен также в специально отведенной для этого части двойного дна, имеющей наружные отверстия. An increase in the volume of a kingston box is necessary for placing a martensitic heat-removing block in it and involving a large amount of water in the heat transfer process, as a rule, does not present great difficulties on existing vessels with a double bottom. The heat-releasing unit can also be placed in a specially allocated for this part of the double bottom having external holes.

Параметры и характеристики системы охлаждения, включающей мартенситные блоки и тепловые трубы, могут быть определены, исходя из мощности энергетической установки и режима ее эксплуатации. The parameters and characteristics of the cooling system, including martensitic blocks and heat pipes, can be determined based on the power of the power plant and its operation mode.

Вспомогательный контур безнасосного охлаждения для обычных судов может использоваться преимущественно на стоянках в порту и на малом ходу вблизи побережья, где загрязненность наиболее велика, поэтому его тепловая мощность может быть сравнительна невысокой. В то же время для атомных ледоколов, постоянно работающих в ледовых условиях, может потребоваться система охлаждения, включающая более крупные мартенситные блоки и большее количество тепловых труб. The auxiliary pump-free cooling circuit for ordinary ships can be used mainly in berths at the port and at low speed near the coast, where the pollution is greatest, so its thermal power can be relatively low. At the same time, for atomic icebreakers constantly operating in ice conditions, a cooling system may be required, including larger martensitic blocks and a larger number of heat pipes.

В определенной мере указанное увеличение габаритов и усложнение системы охлаждения компенсируется экономией электроэнергии при выключении циркуляционных насосов забортной воды. Могут быть также снижены вибрации и шум на судне, обусловленные отключением таких виброшумовых источников, как циркуляционный насос и циркуляционная трасса. Предлагаемая система может быть использована и при необходимости осуществить ремонт циркуляционный трассы при работающей энергетической установке. To a certain extent, this increase in size and the complexity of the cooling system is compensated by the energy savings when turning off the circulation pumps of the seawater. Vibration and noise on the ship due to the disconnection of vibration sources such as the circulation pump and the circulation path can also be reduced. The proposed system can be used and, if necessary, carry out repair of the circulation circuit with a working power plant.

Основное достоинство предлагаемой системы охлаждения обеспечение охлаждения энергетической установки любого типа, позволяет применить ее на самых различных судах от самых малых, работающих на мелководье с повышенной степенью загрязненности окружающей воды, до самых крупных, включая атомные ледоколы, плавающие в тяжелых ледовых условиях. The main advantage of the proposed cooling system is the cooling of a power plant of any type, which makes it possible to use it on a wide variety of vessels, from the smallest vessels operating in shallow water with a high degree of environmental pollution to the largest, including nuclear icebreakers floating in severe ice conditions.

Claims (1)

Система охлаждения судовой энергетической установки, например, система охлаждения паротурбинной установки, включающая главный конденсатор, соединенный паропроводом и трубопроводом удаления конденсата, приемный и отливной трубопроводы забортной воды, выведенные в забортный, например кингстонный ящик, циркуляционный насос и клинкеты, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным контуром отвода тепла в забортную воду, выполненным в виде присоединенного к паропроводу и трубопроводу удаления конденсата вспомогательного конденсатора с встроенным в него теплопоглощающим блоком, например, выполненным из материала с термоупругими мартенситными превращениями, совмещенными с теплопринимающей частью по крайней мере одной тепловой трубы, теплоотдающая часть которой выведена в забортный, например, кингстонный ящик и совмещена с размещенным в нем теплоотдающим блоком, например, выполненным из материала с термоупругими мартенситными превращениями. The cooling system of a marine power plant, for example, the cooling system of a steam turbine installation, including a main condenser connected by a steam line and a condensate removal pipe, an inlet and outlet seawater piping discharged into an outboard, such as a kingston box, a circulation pump and clinkets, characterized in that it is provided additional circuit for heat removal to sea water, made in the form of auxiliary condensate connected to the steam and condensate removal pipes with a heat-absorbing block integrated in it, for example, made of a material with thermoelastic martensitic transformations, combined with the heat-receiving part of at least one heat pipe, the heat-releasing part of which is brought into a seaward, for example, a kingston box and combined with the heat-transfer block placed in it, for example made of a material with thermoelastic martensitic transformations.