RU2773589C1 - Marine heat generator - Google Patents

Abstract

FIELD: marine heat generators.

SUBSTANCE: invention relates to marine heat generators. The heat generator contains a double-acting pump, a hydropneumatic accumulator, and a device for accelerating and heating the liquid in the heating system. The heat generator is equipped with a roll stabilizer, formed by a rocker arm 2 with two barrels 3 at its ends, half filled with water, two hydraulic cylinders 8, the rods 7 of which are connected to the rocker arm 2, and the hydraulic cylinders 8 are fastened through rods 9 adjustable in length to the body 6 of the roll damper, which has on its axis holes lying on the vertical axis 4, one of which is attached to the rocker arm 2. The emergence of a stabilizing moment occurs when one of the barrels 3 is immersed in water, when the buoyancy force of Archimedes acts on it, while the gravity force acts on the second barrel 3, which rises from the water, forming moments of a pair of forces that are opposite in sign to the perturbing moments. This makes it possible to create excess pressure in the pressure chambers of both hydraulic cylinders 8, which, using a hydropneumatic accumulator and a device for accelerating and heating the liquid, ensures the operation of the heating system.

EFFECT: providing the possibility of converting the rolling energy into water heating.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области морской энергетики и может быть использовано для преобразования энергии бортовой качки на водоёмах в энергию нагрева воды в системах отопления за счёт применения пассивных успокоителей бортовой качки, не требующих потребления внешних источников энергии. Применение этого изобретения может быть востребовано системой жизнеобеспечения домов на воде.The invention relates to the field of marine energy and can be used to convert the energy of rolling on water bodies into the energy of heating water in heating systems through the use of passive roll stabilizers that do not require the consumption of external energy sources. The application of this invention can be claimed by the life support system of houses on the water.

Известен пассивный успокоитель бортовой качки судна RU 2047538C1 от 1995.11.10, включающий горизонтальные ёмкости, клапаны и вертикальные каналы, которые при качке создают дополнительные восстанавливающие моменты за счёт смещения центра тяжести судна в сторону, противоположную крену. Однако это решение не позволяет эффективно использовать энергию качки для её преобразования в энергию сжатой жидкости.Known passive ship's roll damper RU 2047538C1 dated 1995.11.10, including horizontal tanks, valves and vertical channels, which, when rolling, create additional restoring moments due to the displacement of the vessel's center of gravity in the direction opposite to the roll. However, this solution does not allow efficient use of the rolling energy for its conversion into the energy of a compressed fluid.

В качестве ближайшего аналога рассматривается изобретение RU 2046994 С1, 27.10.1995, F03B13/12, в котором используется энергия качки плавающего средства, где жидкость из подвешенных бортовых цистерн с рабочей жидкостью при качке поочерёдно переливается через гидравлические турбины. Однако аналог не способен эффективно преобразовывать энергию переливающейся воды в тепловую энергию жидкости.As the closest analogue, the invention RU 2046994 C1, 10/27/1995, F03B13/12 is considered, which uses the energy of the rolling of a floating vehicle, where the liquid from the suspended side tanks with the working fluid during the rolling is alternately poured through the hydraulic turbines. However, the analogue is not able to effectively convert the energy of overflowing water into the thermal energy of the liquid.

Техническим результатом настоящего изобретения является преобразование энергии бортовой качки в нагрев воды для систем отопления домов и зданий на воде.The technical result of the present invention is the conversion of rolling energy into water heating for heating systems for houses and buildings on the water.

Технический результат изобретения достигается тем, что при взаимодействии момента бортовой качки с моментом, образованным парой сил на коромысле от погруженной в воду и от поднятой из воды бочками, на половину заполненными водой, создаются относительные перемещения гидроцилиндра и штока с возможностью создания в напорных полостях обоих гидроцилиндров избыточного давления, которое с помощью устройства для ускорения и нагрева жидкости отапливает помещение.The technical result of the invention is achieved by the fact that when the rolling moment interacts with the moment formed by a pair of forces on the rocker from the barrels immersed in water and from the barrels raised from the water, half filled with water, relative displacements of the hydraulic cylinder and rod are created with the possibility of creating both hydraulic cylinders in the pressure cavities excess pressure, which, with the help of a device for accelerating and heating the liquid, heats the room.

Морской теплогенератор, преобразующий энергию бортовой качки судна в энергию нагрева воды в системе отопления, содержащий насос двухстороннего действия, гидропневматический аккумулятор, устройство для ускорения и нагрева жидкости, отличающийся тем, что на нём установлен успокоитель бортовой качки, образованный коромыслом с двумя бочками на его концах, наполовину заполненных водой, двумя гидроцилиндрами, штоки которых соединены с коромыслом, а гидроцилиндры скреплены через регулируемые по длине штанги с корпусом успокоителя качки, который крепится к судну и имеет на своей оси отверстия, к одному из которых крепится середина коромысла так, чтобы совпадали уровни воды в бочках и в водоёме, при этом в процессе бортовой качки одна из бочек выполнена с возможностью погружения в воду, а другая - приподнимания из неё, образуя моменты пары сил Архимеда и тяжести, противоположные по знаку возмущающим моментам, с возможностью создания в напорных полостях обоих гидроцилиндров избыточное давление, которое с помощью гидропневматического аккумулятора и устройства для ускорения и нагрева жидкости обеспечивают работу системы отопления.Marine heat generator that converts the ship's rolling energy into the energy of heating water in the heating system, containing a double-acting pump, a hydropneumatic accumulator, a device for accelerating and heating the liquid, characterized in that it has a roll damper formed by a rocker arm with two barrels at its ends , half-filled with water, two hydraulic cylinders, the rods of which are connected to the rocker, and the hydraulic cylinders are fastened through rods adjustable in length to the body of the stabilizer, which is attached to the vessel and has holes on its axis, to one of which the middle of the rocker is attached so that the levels match of water in barrels and in a reservoir, while during the rolling process one of the barrels is made with the possibility of immersion in water, and the other - lifting from it, forming moments of a pair of Archimedes forces and gravity, opposite in sign to the disturbing moments, with the possibility of creating in pressure cavities both hydraulic cylinders overpressure, which, with the help of a hydropneumatic accumulator and a device for accelerating and heating the liquid, ensure the operation of the heating system.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На Фиг.1 представлена схема бортовой качки морского теплогенератора 1 с успокоителем качки, который состоит из коромысла 2 и двух бочек 3, наполовину заполненных водой. Корпус успокоителя качки 6, скреплённый с корпусом 1, соединяется с коромыслом 2 с помощью болтов, установленных в одно из отверстий 4, обеспечивающих совпадение уровней воды в водоёме 10 и бочках 3. Гидроцилиндры 8 верхней частью 12 скреплены штангами 9 и гайками 5 с корпусом 6, а штоки 7 соединены с коромыслом 2 в шарнирах 11.Figure 1 shows a diagram of the rolling of a marine heat generator 1 with a stabilizer, which consists of a rocker arm 2 and two barrels 3, half filled with water. The body of the stabilizer 6, fastened to the body 1, is connected to the rocker arm 2 using bolts installed in one of the holes 4, ensuring that the water levels in the reservoir 10 and barrels 3 match. , and the rods 7 are connected to the rocker arm 2 in the hinges 11.

На Фиг.2 изображена гидравлическая схема морского теплогенератора. Коромысло 2 с бочками 3 и центром качки 4 соединена в шарнирах 11 со штангами 9 гидроцилиндров 8, каждый из которых имеет обратные клапана 13, которые соединены трубопроводом с устройством ускорения и нагрева жидкости 14, изготовленное по патенту RU2 223 452 C1,10.02.2004, перед которым установлен гидропневматический аккумулятор 15. Радиаторы 16 установлены для обогрева помещений.Figure 2 shows the hydraulic diagram of the marine heat generator. Rocker arm 2 with barrels 3 and roll center 4 is connected in hinges 11 with rods 9 of hydraulic cylinders 8, each of which has check valves 13, which are connected by a pipeline to a device for accelerating and heating liquid 14, manufactured according to patent RU2 223 452 C1, 10.02.2004, in front of which a hydropneumatic accumulator 15 is installed. Radiators 16 are installed for space heating.

Перед началом эксплуатации при минимальном уровне бортовой качки и отсоединённых шарнирах 11 от коромысла 2, регулируется расположение крепления коромысла 2 путём подбора отверстий, таким образом, чтобы уровни воды в бочках 3 совпадали с уровнем водоёма 10. После этого шарниры 11 устанавливаются на своё место, а с помощью штанг 9 и гаек 5 устанавливается среднее положение поршней в гидроцилиндре 8.Before starting operation, with a minimum level of rolling and disconnected hinges 11 from the rocker arm 2, the location of the rocker arm 2 is adjusted by selecting holes so that the water levels in the barrels 3 coincide with the level of the reservoir 10. After that, the hinges 11 are installed in their place, and using rods 9 and nuts 5, the middle position of the pistons in the hydraulic cylinder 8 is set.

Морской теплогенератор работает следующим образом.Marine heat generator works as follows.

В процессе бортовой качки, когда ось теплогенератора повёрнута на некоторый угол Θ относительно положения равновесия, поршневая система обоих гидроцилиндров также стремится повернуться на этот угол, но встречает сопротивление со стороны бочек с коромыслом наполовину заполненных водой, которое возникает при погружении одной из бочек в воду, когда на неё действует выталкивающая сила Архимеда, в то время как на вторую бочку, которая приподнимается из воды, действует сила тяжести, образуя момент пары сил, противоположный по знаку моменту бортовой качки с возможностью создания в напорных полостях обоих гидроцилиндров избыточное давление жидкости.In the process of rolling, when the axis of the heat generator is rotated at a certain angle Θ relative to the equilibrium position, the piston system of both hydraulic cylinders also tends to rotate through this angle, but encounters resistance from the side of the barrels with the rocker half filled with water, which occurs when one of the barrels is immersed in water, when the buoyancy force of Archimedes acts on it, while the gravity force acts on the second barrel, which rises from the water, forming a moment of a pair of forces opposite in sign to the rolling moment with the possibility of creating excess liquid pressure in the pressure cavities of both hydraulic cylinders.

На Фиг.2 представлена гидравлическая схема морского теплогенератора, образующая систему отопления и состоящая из двух одинаковых частей, объединённых общим устройством для ускорения и нагрева жидкости 14. Установлено, что при расходе рабочей жидкости через устройство 14 величиной от 16 м³/ч и при давлении 1 атм, обеспечивается выходная тепловая мощность 7,5 кВт с максимальным нагревом теплоносителя - до 115 град. С.Figure 2 shows the hydraulic diagram of the marine heat generator, which forms a heating system and consists ^of two identical parts, united by a common device for accelerating and heating the liquid 14. 1 atm, the output thermal power of 7.5 kW is provided with a maximum heating of the coolant - up to 115 degrees. FROM.

В качестве примера рассматривается плавсредство с большой устойчивостью (типа плота) плавучестью Р=20000 кг метацентрической высотой h=0,6 м, шириной 5 м, с бортовым креном Θ на регулярном волнении равным 9 градусам Θ = 0,157 град.As an example, a floating craft with high stability (raft type) with buoyancy Р=20000 kg, metacentric height h=0.6 m, width 5 m, with side roll Θ in regular waves equal to 9 degrees Θ = 0.157 degrees is considered.

Размеры бочек могут быть определены из величин момента качки Мк = Р*h* Θ и момента успокоителя качки Му = L*G, здесь: L - длина коромысла в м, а G - соответствует величине выталкивающей силы в погружённой бочке или равного ей веса воды в поднятой бочке, кг.The dimensions of the barrels can be determined from the values of the pitching momentMk \u003d P * h *Θ and moment of the stabilizerMu = L*G, here:L- the length of the rocker in m, andG- corresponds to the value of the buoyancy force in a submerged barrel or the weight of water equal to it in a raised barrel, kg.

Момент качки Мк, составит 20000*0,6*0,157 = 1884 кгм. При равенстве Мк и Му и длине L= 5 м, величина выталкивающей силы или веса бочки равны 340 кг, при этом размеры наполовину заполненной бочки достигают высоты в 1500 мм и диаметра 700 мм.The pitching moment Mk will be 20000 * 0.6 * 0.157 \u003d 1884 kgm. When Mk and Mu are equal and the length L = 5 m, the value of the buoyancy force or weight of the barrel is 340 kg, while the dimensions of a half-filled barrel reach a height of 1500 mm and a diameter of 700 mm.

Производится сопоставление эффективности использования солнечной электростанции и морского теплогенератора, предлагаемого настоящим изобретением.A comparison is made between the efficiency of using a solar power plant and a marine heat generator proposed by the present invention.

Солнечная электростанция состоит из 20 батарей Sila Solfr (Twin Power) мощностью 400 Вт каждая общей площадью 40,24 м². Применительно к условиям Амстердама среднесуточная выработка электроэнергии составляет 35,77 кВт*ч. Данные представлены сервером NASA. The solar power plant consists of 20 Sila Solfr (Twin Power) batteries with a capacity of 400 W each with a total area of 40.24 m ² . In relation to the conditions of Amsterdam, the average daily electricity generation is 35.77 kWh. The data is provided by the NASA server.

Морской теплогенератор обладает тепловой мощностью 7,5 кВт. Предполагается, что штиль и обледенение на водоёмах снижают время его использования по прямому назначению до 60% .Тогда суммарная выработка тепловой энергии за сутки составит 7,5 кВт*24*0,6=108 кВт*ч. The marine heat generator has a thermal power of 7.5 kW. It is assumed that calm and icing on water bodies reduce the time of its use for its intended purpose by up to 60%. Then the total generation of thermal energy per day will be 7.5 kW * 24 * 0.6 = 108 kW * h.

Claims (1)

Морской теплогенератор, преобразующий энергию бортовой качки судна в энергию нагрева воды в системе отопления, содержащий насос двухстороннего действия, гидропневматический аккумулятор, устройство для ускорения и нагрева жидкости, отличающийся тем, что на нём установлен успокоитель бортовой качки, образованный коромыслом с двумя бочками на его концах, наполовину заполненных водой, двумя гидроцилиндрами, штоки которых соединены с коромыслом, а гидроцилиндры скреплены через регулируемые по длине штанги с корпусом успокоителя качки, который крепится к судну и имеет на своей оси отверстия, к одному из которых крепится середина коромысла так, чтобы совпадали уровни воды в бочках и в водоёме, при этом в процессе бортовой качки одна из бочек выполнена с возможностью погружения в воду, а другая - приподнимания из неё, образуя моменты пары сил Архимеда и тяжести, противоположные по знаку возмущающим моментам, с возможностью создания в напорных полостях обоих гидроцилиндров избыточного давления, которое с помощью гидропневматического аккумулятора и устройства для ускорения и нагрева жидкости обеспечивают работу системы отопления.Marine heat generator that converts the ship's rolling energy into the energy of heating water in the heating system, containing a double-acting pump, a hydropneumatic accumulator, a device for accelerating and heating the liquid, characterized in that it has a roll damper formed by a rocker arm with two barrels at its ends , half-filled with water, two hydraulic cylinders, the rods of which are connected to the rocker, and the hydraulic cylinders are fastened through rods adjustable in length to the body of the stabilizer, which is attached to the vessel and has holes on its axis, to one of which the middle of the rocker is attached so that the levels match of water in barrels and in a reservoir, while during the rolling process one of the barrels is made with the possibility of immersion in water, and the other - lifting from it, forming moments of a pair of Archimedes forces and gravity, opposite in sign to the disturbing moments, with the possibility of creating in pressure cavities both overpressure hydraulic cylinders, which, with the help of a hydropneumatic accumulator and a device for accelerating and heating the liquid, ensure the operation of the heating system.

Images