RU2633821C1

RU2633821C1 - Rotor power shipboard plant

Info

Publication number: RU2633821C1
Application number: RU2016122659A
Authority: RU
Inventors: Владимир Митрофанович Панченко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "РДП"
Priority date: 2016-06-08
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2017-10-18
Also published as: WO2017213542A1

Abstract

FIELD: transportation.

SUBSTANCE: rotor power shipboard plant consists of a main engine and an auxiliary engine. The rotor sections of each engine comprise a housing with two internal adjacent cylindrical bores, in which rotors are mounted on shafts with the possibility of rotation in opposite directions from the pressure of a working fluid to their projections. The main engine as a propulsion plant for a surface or a submarine floating craft, operating from the external supply of the working fluid, is located outside the vessel hull with the possibility of changing the position, the immersion depth, the angles of inclination and rise from water in field conditions.

EFFECT: increasing the efficiency and specific power with improved weight-size indices when located in water outside the hull.

3 cl, 6 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к судостроению, в частности к судовым энергетическим установкам для надводных и подводных плавсредств. Возможно его применение в качестве силовой или насосной установки, в частности, на стационарных или временных регазификационных терминалах.The invention relates to shipbuilding, in particular to ship power plants for surface and underwater boats. It can be used as a power or pump installation, in particular, at stationary or temporary regasification terminals.

Уровень техникиState of the art

Наиболее эффективна роторная энергетическая судовая установка для газовозов с учетом заправки топливом в местах добычи газа, использования давления для вращения роторов в процессе перехода из емкости с высоким давлением в емкость с низким давлением и утилизации испаряющегося в процессе транспортировки сжиженного природного газа.The most efficient rotary power ship installation for gas carriers is taking into account fueling at gas production sites, using pressure to rotate the rotors during the transition from a high-pressure tank to a low-pressure tank, and utilizing the liquefied natural gas that evaporates during transportation.

Известны энергетические установки для надводных и подводных судов. Это главные двигатели, обеспечивающие движение судна и вспомогательные судовые двигатели для привода электрогенераторов, насосов, вентиляторов.Known power plants for surface and submarines. These are the main engines providing the movement of the vessel and auxiliary ship engines for driving electric generators, pumps, fans.

Самый распространенный вариант судового двигателя - внутреннее сгорание топлива. Для маломерных судов это в основном бензиновый двигатель, а для крупнотоннажных - дизель. Для маломерных судов чаще применяется забортный (подвесной) мотор, а для подводных и крупнотоннажных надводных плавательных средств используются только стационарные энергетические установки внутри судна: дизель-генераторные агрегаты, газотурбинные двигатели, атомные реакторы.The most common version of a marine engine is internal combustion. For small vessels, this is mainly a gasoline engine, and for large vessels - a diesel engine. For small vessels, an outboard (outboard) motor is more often used, and for underwater and large-tonnage surface floating vessels, only stationary power plants inside the vessel are used: diesel generator units, gas turbine engines, nuclear reactors.

Основными недостатками известных забортных моторов являются: их применение только для маломерных судов, высокий расход топлива, большая удельная масса, Z-образная передача, вибрация, экологические и шумовые параметры.The main disadvantages of known outboard motors are: their use only for small boats, high fuel consumption, large specific gravity, Z-shaped transmission, vibration, environmental and noise parameters.

Основными недостатками известных стационарных судовых двигателей являются: большой объем, необходимый для размещения тяжелых энергетических установок внутри корпуса, высокий расход топлива, ограниченное количество гребных винтов и, соответственно, их большие габариты, что усложняет ремонт и замену особенно в походных условиях, сложность реверсирования, а для газовозов к тому же чрезвычайная капиталоемкость.The main disadvantages of the known stationary marine engines are: the large volume required to place heavy power plants inside the hull, high fuel consumption, a limited number of propellers and, accordingly, their large dimensions, which complicates the repair and replacement, especially in traveling conditions, the complexity of reversing, and for gas carriers, besides, extraordinary capital intensity.

Применение только испаряющегося газа как топлива в известных главных двигателях для газовозов невозможно из-за неравномерного его испарения, зависящего от многих факторов: эффективности теплоизоляции, формы, объема, конструкции и степени заполнения грузовых танков, характеристик устойчивости и качки судна, погодных условий. Поэтому для равномерной подачи газа в ДВС необходимо сбрасывать в атмосферу лишний газообразный метан или его недостаток восполнять обычным нефтяным топливом. В связи с этим энергетические установки современных метановозов приспосабливаются для работы на двух видах топлив. К числу таких установок, которые наиболее просто могут быть переоборудованы для работы на природном газе и жидком топливе, относятся газодизели (RU 2413854) с системой регулирования топливоподачи, имеющие вышеописанные недостатки, присущие стационарным энергетическим установкам, располагающимся внутри корпуса судна.The use of evaporating gas as fuel in known main engines for gas carriers is impossible due to its non-uniform evaporation, depending on many factors: thermal insulation efficiency, shape, volume, design and degree of filling of cargo tanks, stability and pitching characteristics of the vessel, weather conditions. Therefore, for a uniform gas supply to the internal combustion engine, it is necessary to dump excess gaseous methane into the atmosphere or make up for its deficiency with conventional oil fuel. In this regard, the power plants of modern methane carriers are adapted to operate on two types of fuel. Among these plants, which can most easily be converted to operate on natural gas and liquid fuel, are gas diesel engines (RU 2413854) with a fuel supply control system, which have the above disadvantages inherent to stationary power plants located inside the ship's hull.

Известна также расширительная машина (RU 2319840), содержащая корпус высокого давления (КВД) с впускным патрубком для подачи газа высокого давления и корпус низкого давления (КНД) с выпускным патрубком для выхода отработанного газа низкого давления, ведущий и ведомый роторы, параллельно установленные в попарно размещенных в КВД и КНД подшипниках, связанные между собой при помощи синхронизирующих шестерен. Основным недостатком расширительной машины является сложность конструкции, обусловленная винтовыми зубьями, разгрузочными поршнями, соосными центрирующими поясками.Also known is an expansion machine (RU 2319840), comprising a high-pressure housing (HPC) with an inlet for supplying high-pressure gas and a low-pressure housing (LPC) with an exhaust pipe for exhausting low-pressure exhaust gas, the driving and driven rotors installed in parallel in pairs bearings placed in the HPC and KND, interconnected by means of synchronizing gears. The main disadvantage of the expansion machine is the design complexity due to helical teeth, unloading pistons, coaxial centering belts.

Известны также пропульсивные установки с расположенными в воде электродвигателями с движительно-рулевым комплексом и поворотными устройствами Патенты: RU 2267441, RU №2270782, RU 2544250.Also known are propulsion systems with electric motors in the water with a propulsion and steering complex and rotary devices Patents: RU 2267441, RU No. 2270782, RU 2544250.

Основными недостатками являются: расположение главного двигателя внутри корпуса, соответственно, и низкий КПД, связанный с потерями на передачу энергии по кабелям, и повышенный в сравнении с тихоходными дизелями расход топлива средне- и высокооборотных, ограниченное количество гребных винтов, достаточно объемная гондола, соединенная с корпусом только в кормовой части судна, а если электродвигатель расположен не в гондоле, а встроен в вертикальную поворотную колонну и приводит винт через короткий вал и угловую передачу, то это усложняет конструкцию.The main disadvantages are: the location of the main engine inside the housing, respectively, and low efficiency associated with losses on energy transmission via cables, and increased fuel consumption of medium- and high-speed compared to low-speed diesels, a limited number of propellers, a sufficiently voluminous nacelle connected to hull only in the stern of the vessel, and if the electric motor is not located in the nacelle, but is built into a vertical rotary column and drives the screw through a short shaft and an angular transmission, this complicates construction.

Для устранения указанных недостатков и перспективных технических решений в основу роторной энергетической судовой установки положен роторный двигатель, получивший приоритет по Международной системе PCT. Патент Германии №212009000072.8, патент Чехии № CZ 22533U1 - прототип. Патентообладатель Панченко Владимир Митрофанович является и автором предлагаемого изобретения. Принцип работы прототипа на http://www.dvijitelipanchenko.ru/.To eliminate these shortcomings and promising technical solutions, the rotary engine installation was based on a rotary engine, which received priority under the PCT International System. German patent No. 21009000072.8, Czech patent No. CZ 22533U1 - prototype. Patent holder Panchenko Vladimir Mitrofanovich is also the author of the invention. The principle of operation of the prototype at http://www.dvijitelipanchenko.ru/.

Основными недостатками этого двигателя являются: затруднения с запуском двигателя, нестабильность работы односекционного двигателя и процесс обеспечения синхронности вращения валов в противоположных направлениях шестеренной парой. Для запуска двигателя, преодоления мертвых точек и равномерности вращения роторов требуется маховик, а для синхронизации вращения валов требуются две шестерни с диаметрами, равными диаметрам роторов, что создает определенные трудности при больших габаритах забортного судового двигателя.The main disadvantages of this engine are: difficulties in starting the engine, the unstable operation of a single-section engine and the process of ensuring synchronous rotation of the shafts in opposite directions by a gear pair. To start the engine, overcome dead spots and uniform rotation of the rotors, a flywheel is required, and to synchronize the rotation of the shafts, two gears with diameters equal to the diameters of the rotors are required, which creates certain difficulties with the large dimensions of the outboard marine engine.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Задача настоящего изобретения заключается в создании главного судового двигателя с высоким КПД и большой удельной мощностью с улучшенными массогабаритными показателями при расположении ее в воде за пределами корпуса, что позволяет:The objective of the present invention is to create a main marine engine with high efficiency and high power density with improved overall dimensions when it is located in water outside the hull, which allows:

- использовать освободившийся объем внутренних помещений для перевозки грузов,- use the vacant volume of internal premises for the transport of goods,

- уменьшить себестоимость энергетической установки при повышении ее надежности в эксплуатации за счет простоты конструкции, сведения к минимуму количества движущихся элементов,- reduce the cost of the power plant while increasing its reliability in operation due to the simplicity of the design, minimizing the number of moving elements,

- упростить систему охлаждения, так как корпус главного двигателя будет охлаждаться обтекающей его водой,- simplify the cooling system, since the main engine housing will be cooled by the water flowing around it,

- увеличить количество гребных винтов при уменьшении их габаритов,- increase the number of propellers while reducing their dimensions,

- улучшить экологические характеристики, связанные с переходом на газ, его полной утилизацией и более продолжительным временем сгорания топлива при внешней подаче рабочего тела,- improve the environmental characteristics associated with the transition to gas, its full utilization and a longer time of fuel combustion with external supply of the working fluid,

- ускорить процесс торможения судна и включения заднего хода:- speed up the process of braking the ship and turning on the reverse:

переключением с помощью коллектора на противоположные направления каналов подачи и выхода рабочего тела, изменяющих на противоположное направление вращения роторов соответственно валов и гребных винтов, а также подключением соосных роторных секций, вращающих гребные винты в противоположных направлениях, отключенных на время движения вперед прекращением подачи рабочего тела через запорно-регулировочные устройства и погружением в воду резервной пропульсивной установки 34 на Фиг. 6,switching by means of the collector to opposite directions of the supply and exit channels of the working fluid, reversing the rotors of the shafts and propellers, respectively, as well as connecting coaxial rotor sections rotating the propellers in opposite directions, disconnected for the time of forward movement by stopping the supply of the working fluid through locking and regulating devices and immersion in the water of the reserve propulsion unit 34 in FIG. 6,

- увеличить маневренность с помощью выключения пропульсивных установок с одного борта при увеличении количества оборотов с другого борта,- increase maneuverability by turning off propulsion systems from one side with an increase in the number of revolutions from the other side,

- осуществлять удифферентовку и облегчить снятие с мели с помощью изменения углов наклона пропульсивной установки,- to carry out the differentiation and facilitate agrounding by changing the angles of inclination of the propulsion system,

- ускорить аварийные ремонтные работы, особенно связанные с гребными винтами при подъеме пропульсивной установки из воды,- accelerate emergency repairs, especially associated with propellers when lifting the propulsion system from the water,

- сократить удельный расход топлива за счет увеличения рабочего хода ротора по сравнению с поршнем по меньшей мере в три раза, уменьшения количества движущихся элементов и приводных устройств, утилизации испаряющегося газа в процессе транспортировки, использования давления газа при переходе из емкости с большим давлением в емкость с низким давлением, возможности использования ветровой энергии,- reduce specific fuel consumption by increasing the working stroke of the rotor compared to the piston by at least three times, reducing the number of moving elements and drive devices, utilizing the vaporized gas during transportation, using gas pressure when transferring from a container with high pressure to a container with low pressure, the possibility of using wind energy,

- и в конечном счете уменьшить удельную стоимость грузоперевозок, снизить капиталоемкость.- and ultimately reduce the unit cost of freight, reduce capital intensity.

Предлагаемая забортная энергетическая установка легко поддается автоматизации, обусловленной простотой конструкции с минимумом движущихся деталей.The proposed outboard power plant is easily automated, due to the simplicity of the design with a minimum of moving parts.

Технический результат достигается за счет:The technical result is achieved due to:

- размещения главного двигателя в качестве пропульсивной установки за пределами корпуса судна с возможностью подъема из воды, изменения глубины погружения и угла наклона относительно корпуса в походных условиях известными способами: с помощью манипуляторов, домкратов, гидравлических машин, реечных механизмов, редукторов. Учитывая многообразие известных способов, чертежи не приводятся и в патентную форму не включаются. На фиг. 6 показаны предпочтительные варианты.- placement of the main engine as a propulsive installation outside the hull with the possibility of lifting out of the water, changing the immersion depth and the angle of inclination relative to the hull in traveling conditions by known methods: using manipulators, jacks, hydraulic machines, rack and pinion gears, gearboxes. Given the variety of known methods, the drawings are not given and are not included in the patent form. In FIG. 6 shows preferred options.

- использования перехода давления из емкости с высоким давлением в емкость с низким давлением для вращения роторов,- the use of the pressure transition from the tank with high pressure to the tank with low pressure for rotation of the rotors,

- полной утилизации газа, испаряющегося в процессе транспортировки сжиженного газа;- complete utilization of gas that evaporates during the transportation of liquefied gas;

- аккумуляции энергии ветра в емкостях, освобождающихся от газа.- accumulation of wind energy in tanks that are freed from gas.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Детали, признаки, а также преимущества предлагаемого изобретения следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного устройства с использованием чертежей, на которых показано:Details, features, as well as advantages of the invention follow from the following description of embodiments of the claimed device using the drawings, which show:

Фиг. 1 - общий вид системы работы роторной энергетической судовой установки.FIG. 1 is a general view of the operation system of a rotary power plant.

Фиг. 2 - роторная секция при давлении рабочего тела на выступы.FIG. 2 - rotary section with the pressure of the working fluid on the protrusions.

Фиг. 3 - переход рабочего тела в следующую секцию в момент мертвой точки в первой секции.FIG. 3 - transition of the working fluid to the next section at the time of the dead point in the first section.

Фиг. 4 - переход рабочего тела в следующую секцию в момент мертвой точки в первой секции с гребными винтами.FIG. 4 - the transition of the working fluid to the next section at the time of the dead point in the first section with propellers.

Фиг. 5 - роторная секция при давлении рабочего тела на выступы с гребными винтами.FIG. 5 - rotor section with the pressure of the working fluid on the protrusions with propellers.

Фиг. 6 - предпочтительные способы крепления, подъема из воды и изменения углов наклона.FIG. 6 illustrates preferred methods for securing, lifting from water, and changing angles of inclination.

На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:In the figures, the numbers indicate the following positions:

1 - емкость высокого давления; 2 - запорно-регулировочная арматура; 3 - фланцы; 4 - канал подачи рабочего тела; 5 - корпус; 6 - ротор; 7 - вал; 8 - канал выхода отработавших газов; 9 - рабочая камера; 10 - выступы (элементы, образующие рабочую камеру); 11 - впадины; 12 - вал; 13 - канал перехода рабочего тела из одной секции в другую; 14 - емкость для накопления испаряющегося газа; 15 - запорно-регулировочное устройство; 16 - емкость низкого давления; 17 - запорно-регулировочное устройство с редуктором; 18 - камера внешнего сгорания; 19 - сопло; 20, 21, 23 - запорно-регулировочное устройство; 22 - канал для перехода рабочего тела; 24, 25 - гребные винты, 26 - крепления с каналами подачи рабочего тела, 27, 29, 31, 34 - главный роторный двигатель-пропульсивная установка, 28 - корпус плавсредства, 30 - механизм подъема двигателя (редукторы); 32 - место крепления двигателя манипулятором, 33 - манипулятор.1 - high pressure tank; 2 - shut-off and control valves; 3 - flanges; 4 - feed channel of the working fluid; 5 - case; 6 - rotor; 7 - shaft; 8 - exhaust gas outlet channel; 9 - a working chamber; 10 - protrusions (elements forming the working chamber); 11 - hollows; 12 - shaft; 13 - channel transition of the working fluid from one section to another; 14 - capacity for the accumulation of evaporating gas; 15 - locking and adjusting device; 16 - low pressure tank; 17 - locking and adjusting device with a gear; 18 - external combustion chamber; 19 - nozzle; 20, 21, 23 - locking and adjusting device; 22 - channel for the transition of the working fluid; 24, 25 - propellers, 26 - fasteners with feed channels for the working fluid, 27, 29, 31, 34 - the main rotary engine-propulsion system, 28 - the body of the craft, 30 - the engine lifting mechanism (gearboxes); 32 - the mounting location of the engine with the manipulator, 33 - the manipulator.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Устройство работает следующим образомThe device operates as follows

На Фиг. 1 газ из емкости 1 с высоким давлением через запорно-регулировочную арматуру 2 и трубопровод между фланцами 3 направляется по каналу 4 корпуса 5 в рабочую камеру 9 первичной секции. Под давлением на рабочие элементы 10 вращаются роторы 6 и 24 в противоположных направлениях, а соответственно, и валы 7 и 12, на которых смонтированы роторы. Валы являются приводами для генераторов, компрессоров, вентиляторов.In FIG. 1 gas from the tank 1 with high pressure through the shut-off and control valves 2 and the pipeline between the flanges 3 is sent through the channel 4 of the housing 5 into the working chamber 9 of the primary section. Under pressure on the working elements 10, the rotors 6 and 24 rotate in opposite directions, and, accordingly, the shafts 7 and 12, on which the rotors are mounted. Shafts are drives for generators, compressors, fans.

Рабочими элементами являются выступы. В процессе вращения они входят в углубления (впадины) 11 другого ротора соответствующей конфигурации, обеспечивая беспрепятственное вращение роторов. В момент совмещения выступов и впадин газ из емкости 1 направляется в следующую роторную секцию, в которой выступы и впадины находятся со смещением по оси вращения на угол, обеспечивающий равномерность вращения валов в зависимости от количества секций.The working elements are the protrusions. In the process of rotation, they enter the recesses (troughs) 11 of another rotor of the corresponding configuration, providing unhindered rotation of the rotors. At the moment of combining the protrusions and troughs, the gas from the tank 1 is directed to the next rotary section, in which the protrusions and troughs are offset by an angle along the axis of rotation, which ensures uniform rotation of the shafts depending on the number of sections.

Выступ желательно выполнять в форме эвольвентного зуба. Под каналами подразумеваются трубы, гибкие шланги, а также пустоты в корпусе, перегородках, креплениях, стойках. Как правило, каналы имеют цилиндрическую форму.The protrusion is preferably performed in the form of an involute tooth. Under the channels are meant pipes, flexible hoses, as well as voids in the body, partitions, mounts, racks. As a rule, the channels have a cylindrical shape.

Таким образом, газ вращает выступы до совмещения с выемками (Фиг. 3, Фиг. 4) и переходит в следующую секцию, где выступы воспринимают его давление, обеспечивая вращение роторов (Фиг. 2, Фиг. 5). При совмещении выступов и впадин во второй секции газ переходит в емкость 16. В емкость 16 поступает также испаряющийся газ из резервуаров со сжиженным газом.Thus, the gas rotates the protrusions to align with the recesses (Fig. 3, Fig. 4) and goes to the next section, where the protrusions perceive its pressure, providing rotation of the rotors (Fig. 2, Fig. 5). When combining the protrusions and depressions in the second section, the gas passes into the tank 16. In the tank 16 also evaporates gas from the tanks with liquefied gas.

Испарение составляет до 0,2 процента в сутки от объема перевозимого сжиженного газа. Типовой СПГ-танкер (метановоз) может перевозить 145-155 тыс. м³ сжиженного газа, из чего может быть получено порядка 89-95 млн. м³ природного газа в результате регазификации. Таким образом, испаряющийся газ является основным источником энергии для предлагаемого устройства при транспортировке сжиженного газа.Evaporation amounts to 0.2 percent per day of the volume of liquefied gas transported. A typical LNG tanker (methane carrier) can transport 145-155 thousand m ^{3 of} liquefied gas, from which about 89-95 million m ^{3 of} natural gas can be produced as a result of regasification. Thus, evaporating gas is the main source of energy for the proposed device when transporting liquefied gas.

С помощью известных запорно-регулировочных устройств (обратных клапанов, редукторов) 15 и 21 уравновешивается давление в емкости 16. Из емкости 16 через запорно-регулировочное устройство 17 газ поступает в камеру внешнего сгорания 18 или паровой котел (на чертеже не показан).Using known locking and regulating devices (check valves, gearboxes) 15 and 21, the pressure in the tank 16 is balanced. From the tank 16 through the locking and regulating device 17, gas enters the external combustion chamber 18 or a steam boiler (not shown in the drawing).

Регулирование частоты вращения и искрообразование осуществляет известная система управления газовым двигателем. Данная система осуществляет функции аварийно-предупредительной сигнализации газового двигателя, открывает и закрывает в нужный момент электромагнитный топливный клапан при пуске и остановке двигателя. Сайт ООО "ЭНЕРГОГАЗТЕХНОЛОГИЯ".The speed control and sparking is carried out by the well-known gas engine control system. This system performs the functions of a gas engine alarm, opens and closes at the right time the electromagnetic fuel valve when starting and stopping the engine. Website LLC "ENERGOGAZTECHNOLOGY".

При недостатке давления в емкости 1 для вращения ротора в первичной секции рабочее тело из камеры внешнего сгорания 18 или парового котла через запорно-регулировочные устройства 20 и 21 по каналам направляется в первичную роторную секцию.If there is a lack of pressure in the tank 1 for rotating the rotor in the primary section, the working fluid from the external combustion chamber 18 or the steam boiler through the shut-off and adjusting devices 20 and 21 is directed through the channels to the primary rotary section.

Необходимое давление с переключением на источники поступления газа через каналы обеспечивается известными способами через запорно-регулировочные устройства в автоматическом или электронном режимах с возможностью механического воздействия. Обратные клапаны регулируют направление движения рабочего тела по каналам. Под каналом понимаются известные выточки, трубы, шланги с отводами и разветвлениями из материалов, выдерживающих соответствующее давление и температуру. Запорно-регулировочные устройства включают редукторы, задвижки, вентиля, манометры, обратные клапаны.The necessary pressure with switching to sources of gas through the channels is provided by known methods through locking and control devices in automatic or electronic modes with the possibility of mechanical stress. Check valves regulate the direction of movement of the working fluid along the channels. The channel refers to well-known undercuts, pipes, hoses with bends and branches from materials that withstand the corresponding pressure and temperature. Shut-off and control devices include gearboxes, gate valves, valves, pressure gauges, check valves.

Вышеописанная вспомогательная энергетическая установка и система внешней подачи рабочего тела находится в корпусе судна.The above auxiliary power plant and the external supply system of the working fluid is located in the hull.

Из камеры внешнего сгорания газ или из парового котла пар направляется в секции главного двигателя (пропульсивную установку), находящиеся в воде за пределами корпуса, где процесс соответствует рабочему циклу, описанному при поступлении давления из емкости 1. При этом валы вращают гребные винты 24, 25.From the external combustion chamber, gas or from the steam boiler, the steam is directed to the sections of the main engine (propulsion system) located in the water outside the housing, where the process corresponds to the duty cycle described when pressure was received from the tank 1. In this case, the shafts rotate the propellers 24, 25 .

Отработавшее рабочее тело через сопло 19 можно использовать в качестве дополнительной толкательной силы существенной для маломерных судов.The spent working fluid through the nozzle 19 can be used as an additional pushing force essential for small vessels.

Роторная энергетическая судовая установка состоит из вспомогательного двигателя, размещенного внутри корпуса, и, по меньшей мере, из двух главных роторных двигателей, расположенных за пределами корпуса плавсредства.The rotary power marine installation consists of an auxiliary engine located inside the hull, and at least two main rotary engines located outside the hull of the craft.

Каждая роторная секция как основной элемент главного и вспомогательного двигателя содержит корпус с двумя внутренними смежными цилиндрическими расточками, в которых два ротора от давления рабочего тела на их выступы обеспечивают вращение валов, на которых они смонтированы.Each rotor section as the main element of the main and auxiliary engines contains a housing with two inner adjacent cylindrical bores, in which two rotors from the pressure of the working fluid on their protrusions provide rotation of the shafts on which they are mounted.

При сближении выступов с впадинами давление на их стенки прекращается (мертвая точка) и рабочее тело свободно выходит из рабочей камеры. В целях преодоления мертвой точки без маховика и увеличения КПД рабочее тело по каналу направляется в другую секцию, расположенную через перегородку, в которой выступы и впадины роторов воспринимают давление рабочего тела, т.к. смещены по оси вращения.When the protrusions approach the depressions, the pressure on their walls ceases (dead center) and the working fluid freely leaves the working chamber. In order to overcome the dead point without a flywheel and increase the efficiency, the working fluid is directed through the channel to another section located through the partition, in which the protrusions and troughs of the rotors perceive the pressure of the working fluid, because offset along the axis of rotation.

Угол смещения рассчитывается с учетом максимального использования рабочего тела при прохождении мертвой точки с учетом количества проектируемых последовательных секций. При двух секциях смещение диаметрально противоположное, при трех секциях смещение на одну треть окружности. Для каждой группы секций рабочее тело поступает по обособленному каналу. Регулирование направления и объема подачи рабочего тела в секции производится известными способами с помощью коллектора или задвижек, вентилей, клапанов, шиберов.The displacement angle is calculated taking into account the maximum use of the working fluid when passing the dead center, taking into account the number of consecutive sections designed. With two sections, the offset is diametrically opposite; with three sections, the offset is one third of the circumference. For each group of sections, the working fluid enters through a separate channel. The direction and volume of the supply of the working fluid in the section is regulated by known methods using a manifold or valves, valves, valves, gates.

Сгруппированные роторные секции могут содержаться в одном корпусе на параллельных валах через перегородки или в нескольких корпусах с соосным расположением валов, последовательно соединяемых и разъединяемых механическим, электромагнитным и другими известными способами с помощью муфт, храповиков, фрикционов, сателлитов, дифференциалов, обеспечивающими быстрое и надежное соединение и разъединение в походных условиях. Учитывая многообразие известных способов соосных соединений, чертежи не приводятся и в патентную формулу не включаются.Grouped rotor sections can be contained in one housing on parallel shafts through partitions or in several housings with coaxial arrangement of shafts, sequentially connected and disconnected by mechanical, electromagnetic and other known methods using couplings, ratchets, clutches, satellites, differentials, providing a quick and reliable connection and separation in camp conditions. Given the variety of known methods of coaxial connections, the drawings are not given and are not included in the patent claims.

При количестве роторных секций больше шести, при соответствующем расчете модуля и параметра эвольвентного зуба ротора отпадает необходимость процесса синхронизации вращения валов в противоположных направлениях. Выход пар зубьев одной роторной секции будет компенсироваться зацепом пар зубьев другой секции для плавного и надежного зацепления, и т.д. по принципу цилиндрического зубчатого колеса.When the number of rotor sections is more than six, with the appropriate calculation of the module and parameter of the involute tooth of the rotor, there is no need to synchronize the rotation of the shafts in opposite directions. The output of the pairs of teeth of one rotor section will be compensated by the engagement of the pairs of teeth of the other section for a smooth and reliable engagement, etc. on the principle of a spur gear.

Не исключается и параллельное расположение секций, вращение валов которых синхронизируется с помощью шестерен, цепей, шкивов и другими известными способами. Учитывая многообразие известных способов параллельных соединений, чертежи также не приводятся и в патентную формулу не включаются.The parallel arrangement of sections is not excluded, the rotation of the shafts of which is synchronized with gears, chains, pulleys and other known methods. Given the variety of known methods of parallel connections, the drawings are also not given and are not included in the patent claims.

При размещении сгруппированных роторных секций в одном корпусе 27, 31, 34 уменьшается удельная металлоемкость и габариты, исключается вибрация. А при многокорпусном соосном варианте 29 облегчается запуск двигателя и синхронизации режимов работы силовой установки, увеличивается маневренность, облегчается процесс изменения положения пропульсивной установки относительно корпуса судна с учетом подъема из воды для осуществления ремонтных работ и замены секций в походных условиях.When placing the grouped rotor sections in one housing 27, 31, 34, the specific metal consumption and dimensions are reduced, vibration is eliminated. And with the multi-case coaxial version 29, it is easier to start the engine and synchronize the operating modes of the power plant, increase maneuverability, and facilitate the process of changing the position of the propulsion system relative to the ship's hull, taking into account the rise from the water for repair work and replacing sections in field conditions.

Соединение и разъединение роторных секций осуществляется с помощью манипуляторов 33 (Фиг. 6). Монтаж главного двигателя 27, 29 к корпусу судна 28 на подготовленные соединения 32 с каналами подачи рабочего тела 26 с учетом глубины погружения, изменение углов наклона, соединение и разъединение роторных секций производится также манипулятором 33, который используется для выполнения погрузочных и разгрузочных работ.The connection and separation of the rotor sections is carried out using the manipulators 33 (Fig. 6). The installation of the main engine 27, 29 to the hull of the vessel 28 on the prepared connections 32 with the supply channels of the working fluid 26, taking into account the depth of immersion, changing the tilt angles, connecting and disconnecting the rotor sections is also carried out by the manipulator 33, which is used for loading and unloading.

Возможно размещение главного двигателя за пределами корпуса с изменением его положения в походных условиях и другими способами. В частности, с применением гидромоторов по аналогии с известными пропульсивными установками, домкратов, реечных механизмов, полиспастов, редукторов. Учитывая многообразие известных вариантов подъема и изменения углов наклона, они в патентную формулу не включаются, а на Фиг. 6 показаны предпочтительные способы 30 подъема из воды и изменения углов наклона главного двигателя 31, 34. В частности, резервная пропульсивная установка 34 с гребными винтами, обеспечивающими противоположное движение, может опускаться в воду только в случаях необходимости включения заднего хода, торможения, снятия с мели, в ледовой обстановке и в других экстренных ситуациях.It is possible to place the main engine outside the housing with a change in its position in traveling conditions and in other ways. In particular, with the use of hydraulic motors by analogy with the known propulsion systems, jacks, rack and pinion gears, chain hoists, gearboxes. Given the variety of known lifting options and changing angles of inclination, they are not included in the patent claims, but in FIG. 6 shows preferred methods 30 for lifting from water and changing the angles of inclination of the main engine 31, 34. In particular, a reserve propulsion system 34 with propellers providing opposite movement can be lowered into the water only if it is necessary to turn on the reverse, braking, and aground in ice and other emergency situations.

Секция роторной энергетической судовой установки может выполнять функции насоса-компрессора. Для преобразования роторной секции двигателя в насос-компрессор достаточно отключить систему подачи рабочего тела с помощью запорно-регулировочного устройства и обеспечить свободное поступление воды или воздуха в роторную секцию, подключив гибкий шланг к месту выхода отработавшего рабочего тела. С помощью гибкого шланга вода или воздух соответственно подается к месту потребления. Другие роторные секции в соосном исполнении являются приводом насоса. Привод осуществляется непосредственно с помощью разъемных муфт, шестерен, шкивов или через редукторы.The section of the rotary power plant can perform the functions of a pump-compressor. To convert the rotary section of the engine into a pump-compressor, it is enough to turn off the supply system of the working fluid with the help of a locking and adjusting device and ensure the free flow of water or air into the rotary section by connecting a flexible hose to the outlet of the spent working fluid. Using a flexible hose, water or air is respectively supplied to the place of consumption. Other rotary sections in coaxial design drive the pump. The drive is carried out directly using detachable couplings, gears, pulleys or through gearboxes.

Предлагаемая роторная энергетическая судовая установка предназначена для коренного изменения традиционной системы функционирования энергетических установок надводных и подводных судов, в частности газовозов.The proposed rotary power ship installation is designed to fundamentally change the traditional system of functioning of power plants of surface and submarines, in particular gas carriers.

Основным источником энергии для роторной энергетической судовой установки является газ, но установка может работать от внешнего сгорания иного топлива, в частности традиционного дизельного или мазута, в камере внешнего сгорания или топке парового котла, а также от преобразования ветровой энергии с аккумуляцией сжатого воздуха в ресиверах и емкостях, освободившихся от газа. Для этого требуется дополнительное оборудование. В частности, для использования энергии ветра требуется ветряная установка. Ветряная установка, являясь генератором электрической энергии, одновременно закачивает воздух в емкости, освобождающиеся от газа с последующим использованием сжатого воздуха в безветренную погоду. Таким образом, экономится газ и частично уравновешивается балансировка груза.The main source of energy for a rotary power marine installation is gas, but the installation can operate from external combustion of other fuels, in particular traditional diesel or heavy fuel oil, in an external combustion chamber or furnace of a steam boiler, as well as from the conversion of wind energy with accumulation of compressed air in receivers and tanks freed from gas. This requires additional equipment. In particular, wind power is required to use wind energy. A wind turbine, being a generator of electric energy, simultaneously pumps air into containers that are freed from gas and then use compressed air in calm weather. Thus, gas is saved and load balancing is partially balanced.

На валах различной длины спереди и сзади забортной силовой установки монтируются гребные винты соответственно правостороннего и левостороннего вращения. При этом на коротком валу монтируются гребные винты, диаметр которых меньше расстояния между валами, а на длинном валу монтируются гребные винты с расчетным диаметром, обеспечивающим необходимое скоростное движение конкретного плавсредства. Разная длина валов обеспечивает беспрепятственное вращение гребных винтов без синхронизации с возможностью редуцирования.On shafts of various lengths, propellers of right-handed and left-handed rotation, respectively, are mounted in front and behind the outboard power unit. At the same time, propellers are mounted on a short shaft, the diameter of which is less than the distance between the shafts, and propellers with a design diameter that provide the necessary high-speed movement of a particular craft are mounted on a long shaft. Different shaft lengths provide unobstructed rotation of the propellers without synchronization with the possibility of reduction.

Главный двигатель-пропульсивная установка для всех известных судов располагается за кормой и (или) вдоль бортов, под килем, в носовой части с возможностью изменения места расположения, глубины погружения, изменения горизонтального и вертикального положения, а также подъема из воды в походных условиях, что очень важно в ледовой обстановке, при шлюзовании, для снятия с мели.The main propulsion engine for all known vessels is located behind the stern and (or) along the sides, under the keel, in the bow with the possibility of changing the location, depth, immersion, horizontal and vertical position, as well as rising from the water in traveling conditions, which it is very important in ice conditions, when locking, for taking aground.

Первоначальный монтаж пропульсивной установки производится при строительстве судов с учетом мест и способов крепления, системы подачи рабочего тела, методов изменения положения главного двигателя относительно корпуса судна.The initial installation of the propulsion system is carried out during the construction of ships, taking into account the places and methods of fastening, the supply system of the working fluid, methods of changing the position of the main engine relative to the hull.

Расчетное количество роторных секций энергетической установки определяется с учетом назначения судна, водоизмещения и скоростного режима.The estimated number of rotor sections of a power plant is determined taking into account the purpose of the vessel, displacement and speed.

Возможность подъема роторного судового двигателя над поверхностью воды позволяет изменять габариты плавсредства, быстро производить ремонт и замену как гребных винтов, так и роторных секций. Учитывая многообразие известных вариантов компоновки и способов закрепления, чертежи и схемы не прилагаются, а показан только процесс работы роторных секций.The possibility of lifting the rotary ship engine above the surface of the water allows you to change the dimensions of the boat, quickly repair and replace both the propellers and the rotor sections. Given the variety of known layout options and fixing methods, drawings and diagrams are not attached, and only the process of operation of the rotor sections is shown.

Роторную энергетическую судовую установку можно изготовить в любом промышленном предприятии, располагающем соответствующим оборудованием, а монтаж на плавательные средства производить на судостроительных и судоремонтных предприятиях.A rotary power ship installation can be made in any industrial enterprise that has the appropriate equipment, and installation on floating facilities is carried out at shipbuilding and ship repair enterprises.

При этом роторный судовой двигатель в забортном варианте на первоначальном этапе апробации целесообразно устанавливать на существующих судах с последующим демонтажем стационарной энергетической установки. На вновь строящихся судах главные роторные судовые двигатели устанавливаются за пределами корпуса с использованием одного или нескольких вариантов возможного изменения их положения относительно корпуса. Вспомогательная роторная энергетическая установка размещается внутри корпуса с учетом использования имеющихся мест крепления в качестве приводного устройства для запроектированного оборудования.At the same time, it is advisable to install the marine engine in the outboard version at the initial stage of testing on existing ships with the subsequent dismantling of the stationary power plant. On newly built ships, the main rotary ship engines are installed outside the hull using one or more options for a possible change in their position relative to the hull. Auxiliary rotary power plant is located inside the housing, taking into account the use of available mounting points as a drive device for the designed equipment.

Изготовлены два прототипа РОТОРНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СУДОВОЙ УСТАНОВКИ http://dvijitelipanchenko.ruTwo prototypes of the ROTOR ENERGY SHIP INSTALLATION http://dvijitelipanchenko.ru were made

Claims

1. Роторная энергетическая судовая установка, состоящая из главного и вспомогательного двигателей, роторные секции каждого из них содержат корпус с двумя внутренними смежными цилиндрическими расточками, в которых на валах установлены с возможностью вращения в противоположных направлениях роторы от давления рабочего тела на их выступы, отличающаяся тем, что главный двигатель как пропульсивная установка для надводного или подводного плавсредства, работающая от внешней подачи рабочего тела, расположен за пределами корпуса судна с возможностью изменения места положения, глубины погружения, углов наклона и подъема из воды в походных условиях, при этом на параллельных валах, вращающихся в противоположных направлениях, смонтированы гребные винты, как впереди, так и сзади пропульсивной установки с возможностью применения в качестве дополнительной толкательной силы отработавшее рабочее тело при выходе через сопло.1. Rotary power ship installation, consisting of the main and auxiliary engines, the rotor sections of each of them contain a housing with two inner adjacent cylindrical bores, in which the shafts are mounted for rotation in opposite directions from the pressure of the working fluid on their projections, characterized in that the main engine as a propulsive installation for surface or underwater craft, operating from an external supply of the working fluid, is located outside the hull with the possibility the ability to change the position, immersion depth, tilt and lift angles from the water under traveling conditions, while the propellers are mounted on the parallel shafts rotating in opposite directions, both in front and behind the propulsion system with the possibility of using the used working fluid when exiting through a nozzle.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что основным источником энергии является сжиженный газ с учетом использования давления для вращения роторов в процессе перехода газа из емкости с высоким давлением в емкость с низким давлением, а также при поступлении основного рабочего тела от внешнего сгорания газа после регазификации и утилизации испаряющегося в процессе транспортировки сжиженного газа, при этом не исключается внешнее сгорание от других видов топлива.2. Installation according to claim 1, characterized in that the main source of energy is liquefied gas, taking into account the use of pressure to rotate the rotors during the transition of gas from a high-pressure tank to a low-pressure tank, as well as when the main working fluid comes from external combustion gas after regasification and utilization of liquefied gas vaporized during transportation, while external combustion from other types of fuel is not excluded.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительным источником энергии является ветер, при этом излишки энергии аккумулируются в емкостях, освобождающихся от газа.3. The installation according to claim 1, characterized in that the wind is an additional source of energy, while the excess energy is accumulated in containers that are freed from gas.