Изобретение относится к судостроению и может быть использовано при создании новых типов морских грузопассажирских судов с экологически чистыми энергетическими установками.

Имя изобретателя: Богатырев Олег Анатольевич
Дата начала отсчета действия патента: 13.12.2011

 

Из уровня техники известно судно, содержащее ветродвигатель, связанный посредством вала с крыльчатым движителем. Известное судно снабжено электродвигателем, связанным с гребным винтом, электрогенератором, связанным с упомянутым валом, вторым валом с закрепленным на одном из его концов гребным винтом. Причем на другом его конце установлена коническая шестерня, взаимодействующая с конической шестерней, установленной на первом валу, а упомянутые электрический генератор и электродвигатель электрически связаны между собой (см. Патент РФ  2031053, опубл. 20.03.1995).

Недостатком известного устройства является его низкая надежность, обусловленная использованием только одного источника энергии. Кроме того, известная энергетическая установка не пригодна для морских судов с большим водоизмещением.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.

 

Технический результат заключается в повышении надежности энергосистемы судна, повышении его остойчивости при больших ветровых нагрузках и исключении возникновения опасного крена при сильных боковых ветрах.

Технический результат обеспечивается тем, что судно содержит на главной палубе по обоим бортам ряды ветродвигателей, электродвигатель, связанный с гребным винтом и соединенный с закрепленными под главной палубой электрогенераторами и с дизель-генератором, аккумуляторную батарею. При этом ветродвигатель включает крыльчатку, закрепленную на валу, содержащем карданный вал, соединенный с ротором электрогенератора, и выполненную с возможностью ее ориентирования параллельно главной палубе посредством гидравлических плунжеров.

 

В соответствии с частными случаями осуществления судно имеет следующие конструктивные особенности.

Аккумуляторная батарея расположена в нижней части корпуса, вдоль всего киля судна.

Вал имеет высоту 10-20 м с протяженными вдоль, по меньшей мере, части его высоты вогнутыми лопастями крыльчатки.

Судно 1 содержит на главной палубе 2 по обоим бортам ряды ветродвигателей 3, электродвигатель 4, связанный с гребным винтом 5, электрогенераторы 6, закрепленные под главной палубой 2 и связанные с электродвигателем 4 через аккумуляторную батарею 7, и дизель-генератор 8. При этом ветродвигатель 3 включает крыльчатку 9, закрепленную на валу 10, соединенном через карданный вал 11 с ротором электрогенератора 6. При средней силе ветра вал 10 ориентирован вертикально относительно главной палубы 2. При штормовых условиях для исключения возможности повреждения ветродвигателей существует возможность ориентирования вала 10 и крыльчатки 9 под углом к палубе 2 или параллельно ей. Эта возможность обеспечивается гидравлическими плунжерами 12.

 

Судно с экологически чистой энергетической установкой работает следующим образом

Ветер воздействует на вогнутые лопасти крыльчатки 9, которые вращают вал 10, соединенный через карданный вал 11 с ротором электрогенератора 6, вырабатывающего постоянный электрический ток. Далее электрический ток по электрокабелям подается на клеммы аккумуляторной батареи 7 судна. От аккумуляторной батареи 7 питание может поступать на инвертор, который преобразует постоянное напряжение в переменное напряжение. Напряжение инвертора через блок управления подается на электродвигатель 4 судна, обеспечивающий вращение гребного винта 5.

 

При штормовых условиях для исключения возможности повреждения ветродвигателей существует возможность ориентирования вала 10 и крыльчатки 9 под углом к палубе 2 или параллельно ей. Эта возможность обеспечивается гидравлическими плунжерами 12, осуществляющими ориентирование вала 10. Приведение крыльчатки 9 в горизонтальное положение (параллельно) относительно палубы 2 не отразится отрицательно на работе ветродвигателей 3, поскольку карданный вал 11 передает вращательное движение ротору электрогенератора 6 при любом положении крыльчатки 9.

 

В период безветрия напряжение аккумуляторной батареи 7 начинает уменьшаться, и, по достижению порогового значения, блок управления дает сигнал на запуск дизель-генератора 8. После запуска дизель-генератора 8 электродвигатель переводится на него. Трансформатор блока оптимизации нагрузки дизель-генератора 8 представляет собой силовой трансформатор, двухсекционная первичная обмотка которого имеет по восемь отпаек с каждой стороны. Эти обмотки коммутируются пятью бесконтактными тиристорными ключами силового блока по команде, поступающей с блока управления. В каждый момент времени замкнут только один тиристорный ключ. Таким образом, меняется коэффициент трансформации трансформатора и, следовательно, напряжение вторичной обмотки. Напряжение вторичной обмотки выпрямляется диодным мостом силового блока и подается на заряд аккумуляторной батареи. Ток заряда аккумуляторной батареи обратно пропорционален коэффициенту трансформации трансформатора.

 

Число отпаек по количеству больше количества тиристорных ключей, что позволяет при введении комплекса в работу подстраивать блок оптимизации нагрузки дизеля по условиям работы в период безветрия.

Первичная обмотка трансформатора подключена к напряжению дизель-генератора 8. Силовая цепь дизель-генератора 8 до точки подключения трансформатора пропущена через датчик тока, который считывает сумму тока внешней нагрузки и тока заряда аккумуляторной батареи 7.

В блоке управления реализован следующий алгоритм: имеются два настраиваемых порога срабатывания по току, верхний и нижний. Верхний соответствует 80-90% номинальной нагрузки дизель-генератора 8, нижний - 60-70%. Если ток через датчик тока превысит верхний порог, блок управления немедленно разрывает первичную обмотку трансформатора. Затем блок управления начинает по очереди переключать отпайки трансформатора, поднимая его вторичное напряжение и увеличивая ток заряда. Это происходит, пока ток не превысит нижний порог срабатывания.

Когда напряжение на аккумуляторной батарее 7 достигает верхнего порогового значения, дизель-генератор 8 останавливается, вся нагрузка опять переводится на инвертор.

Схема датчика тока и блока управления реализована на программируемом процессоре. Наличие цифрового индикатора и кнопок позволяет настраивать пороги срабатывания и временные установки при настройке блока для работы с конкретным оборудованием судна 1.

Такое конструктивное выполнение позволяет обеспечить постоянное электроснабжение, не зависящее от наличия ветра, а также обеспечить дизель-генератор 8 нагрузкой на периоды работы, исключить вероятность его работы на холостом ходу и с малыми нагрузками.