Абсорбер выхлопных выбросов судовых двигателей внутреннего сгорания

Абсорбер выхлопных выбросов судовых двигателей внутреннего сгорания характеризуется тем, что содержит узел регенерации газового состава выхлопной газовоздушной смеси (ГВС) системы дымовоздушной смеси (СДВС), выполнен в виде термореакторного парофильтрующего модуля (ТР-ПФМ), имеющего вентиляционный отсек, коллектор водяного орошения, водоконтактную насадку (ВКН), заполненную кольцами Рашига, термореакторнуюкамеру (ТРК), водозащитный зонтик с испарителем обратной воды вторичного контура, выходной патрубок газопровода дымовоздушной смеси СДВС, термоаккумулирующий бак, контуры вторичного и внешнего охлаждения тепловыделяющих устройств. Сливной патрубок вторичного контура охлаждения СДВС подключен к коллектору распылителя, установленного внутри водоконтактной насадки, а трубопровод дымоотвода - с помощью термоизолированной конечной насадки через днище термоаккумулирующего бака введен в полость термореакторной камеры. При этом насадка выполнена накрытой конусообразным зонтичным диском со встроенным водоконтактным испарителем охлаждающей жидкости, кроме того, модуль содержит центробежный вентилятор с электродвигателем и выходным патрубком, а вся конструкция модуля размещена в каркасе.

Изобретение относится к области судостроения, а более конкретно, к созданию и применению технических средств парогазовых водоконтактных технологий, для целей защиты окружающей среды от вредного воздействия выхлопных выбросов судовых двигателей внутреннего сгорания, а также снижения их общего уровня теплового фона и задымленности плавучих объектов.

Действующими нормативными международными, государственными и отраслевыми документами определены допустимые значения по составу выбросов дымовоздушной смеси от работы судовых теплоэнергетических устройств и механизмов, в частности: Приложение V1 к правилам Конвенции МАРПОЛ 73/78.

В соответствии с судостроительными документами России, определены рекомендации по разработке и применению технических средств очистки дымовоздушных выбросов (ДВС), работающих судовых теплоэнергетических установок ОСТ 5.4331-80. Маслоуловители систем газоотвода (для справок), основанных на использовании твердотельных (сетчатых) фильтров и реакторных катализаторов.

Существуют различные устройства подобного назначения.

Известно устройство для защиты атмосферы от выхлопных газов двигателя (Заявка на изобретение RU 94028308 от 27.07.1994 г. «Устройство для защиты атмосферы от выхлопных газов двигателей» (МПК F01N 3/04). Устройство для защиты атмосферы от выхлопных газов двигателя относится к области двигателей внутреннего сгорания, может быть использовано во всех областях народного хозяйства, в которых используются ДВС. Цель изобретения - создание экологически чистой машины, что достигается тем, что при работе двигателя выхлопные газы не выбрасываются в атмосферу, а очищаются от COA₂ в результате химической реакции между газами и капельками щелочи NaOH(KOH) во внутреннем объеме фильтра-смесителя. От капелек щелочи, унесенных потоком выхлопных газов, освобождаются в сепараторе и к двигателю поступают выхлопные газы, очищенные от COA ₂ и щелочи. Кислород добавляется в поток газов перед двигателем. Он получается в результате химической реакции между пероксидом щелочного металла, например NaA₂OA₂ и водой. Пероксид щелочного металла хранится в решетчатом бункере реактора, датчики газового контроля и элементы автоматики обеспечивают необходимое количество кислорода в газах, подаваемых в цилиндр двигателя. Однако, известное устройство имеет существенный недостаток. Время работы двигателя ограничено запасом на борту судна химического активного вещества.

Известна система для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания (патент RU 2015364 от 30.06 1994 г. «Система для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания» МПК F02B 47/00). Известная система предназначена для использования в двигателях внутреннего сгорания. Сущность изобретения: система содержит газоохладитель в котором производится очистка газов от сажи и охлаждение их, газораспределитель, где происходит удаление углекислого газа из отработавших газов и очистка их, газообменник, в котором из абсорбированной жидкости выделяется углекислый газ, регенеративное устройство, где образуется кислород, газопровод, в нем происходит образование газовой смеси, пригодной для работы двигателя. Датчики газового контроля обеспечивают необходимое количество кислорода в смеси, подаваемой в цилиндры двигателя.. Существенным недостатком данного технического решения является слабая защита окружающей среды от вредного влияния выхлопных газов.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявленной полезной модели, принятым в качестве прототипа является система отвода выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания и устройство для жидкостного охлаждения и очистки газов (патент RU 2124456 от 10.01.1999 г.«СИСТЕМА ОТВОДА ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ И ОЧИСТКИ ГАЗОВ»МПК B63G 8/12; B63H 21/32; F28D 3/00). Известное устройство относится к судостроению, а в частности к системе отвода выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания.. В основе устройства, созданного в сответствии с Патентом RU 2124456 C1, заложен способ, реализующий устройство водоконтактного газового теплообмена, выполняющее следуюшие функции:

«Газовый поток, поступая с относительно большой скоростью от двигателя, через компенсатор, служащий для компенсаций перемещений от вибраций дизеля, охлаждаемый участок) газопровода поступает в впускную камеру устройства для жидкостного охлаждения газов, на входе которого внутри расположены конусообразные патрубки со встроенными шнековыми завихрителями, образующими конфузорную зону, увеличивающую скорость газа, получает сильно закрученное вихревое движение. Жидкость (вода) через штуцер поступает в распылители воды и далее в патрубки), образуя водяную завесу, которая эффективно дробится на порции, перемешивается в потоке до мелкодисперсного состояния под действием поля центробежно-массовых сил закручивающегося газового потока».

Анализ технических характеристик прототипа показал, что наряду с достоинствами имеются существенные недостатки, и прежде всего в основе выбора способа построения и метода применения предложенного устройства. Так, согласно принятой классификации и результатов фундаментальных исследований [1,2], предлагаемый прототип основан на использовании, в своей основе методов и средств «эрлифтовой» газо-водоконтактной технологии. При этом, их существенным недостатком является ограниченная площадь водокон-тактной газовой поверхности полидисперсной газо-водяной среды, возможность возникновения эффекта «захлебывания» шнекового завихрителя, при нарушении термодинамического равновесия в системе теплообмена, сравнительно низкий коэфициент.теплопередачи [K_y=23,8 кВт/ (м³·град.)] и, как следствие значительная величина массо-габаритных характеристик. Устройство, также имеет специфическую конструкцию и компоновку, т.к. предназначено для установки на подводных лодках, с целью обеспечения работы двигателя, в том числе, и в положении лодки «под перископом» (система РДП). Поэтому, для надводных кораблей (судов), предлагаемая здесь конструкция, оказывается функционально несовместимой по условиям основного назначения. Более того, используемый здесь способ и метод абсорбции дымовоздушной смеси (ДВС), для общего снижении ее температуры, очистки выхлопных газов от вредных примесей и нерастворенных остатков горения, по показателям качества, и массо-габаритных размерений применяемых конструкций, остается малоэффективным, что для данного объекта, является определяющим. Таким образом, изначально выбранная технология и способ решения поставленной задачи, не оставляют путей и возможностей по их оптимизации.

В основу полезной модели поставлена техническая задача:

- повысить эффективность очистки отработанных газов;

- исключить возможность засорения магистрали внешнего охлаждения; -снизить концентрацию угарного газа в составе дымовоздушной смеси;

- обеспечить защиту устройства абсорбера при случайном подрыве горючей смеси газов внутри дымохода;

- усилить защиту окружающей среды от вредного воздействия выхлопных выбросов судового двигателя.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в заявленной полезной модели использованы элементы водоконтактных теплогенераторов для повышения удельной теплоотдачи и коэффициента полезного действия (А.С. СССР 191088, «Контактно-поверхностный водонагреватель», 1967 г и патент Украины на изобретение 82469 «Универсальный контактно-поверхностный водонагреватель», 2008 г.

Конструктивно наиболее близким к решению поставленной задачи по защите окружающей среды является устройство, предлагаемое патентом UA 82469«Универсальный контактно-поверхностный водонагреватель», представляющее собой автономный тепло-генераторный модуль, содержащий топочный шкаф с комплектом сменяемой топочной арматуры, колосниковые решетки и зольник. В свою очередь боковые радиационные поверхности топочного шкафа являются внутренними стенками термоаккумулирующего бака. Открытая горловина бака служит дымоходом, который подает нагретую ДВС в полость термореакторной камеры. Где она смешивается и доокисляется субстанцией пламени и водяных паров. Пламя вместе с ДВС выбрасывается из горловины топочного шкафа за счет конвекции горящих газов и принудительной вентиляции топки. Испарение теплоносителя (воды) происходит на верхней поверхности надтопочного диска, в активной зоне термореакторной камеры и в полости водоконтактной насадки (ВКН).

Водоконтактная насадка располагается над термореакторной камерой и заполнена кольцами Рашига размером 25×25×3 мм, а в активную полость ВКН введен коллектор орошения, подключенный через регулировочный вентиль к обратной магистрали системы водяного отопления.

Активная полость ВКН снизу и сверху прикрывается перфорированными крышками, причем на верхней устанавливается аэродинамический каплеотбойник, являющийся поддоном герметизированного вентиляционного отсека. Всасывающим патрубком центробежного вентилятора паровоздушная смесь протягивается сквозь полость ВКН и выбрасывется в атмосферу. При этом, применение паро-газовых контактно-поверхностных технологий позволяет существенно расширить комплекс полезных признаков по очистке ДВС применительно к условиям защиты окружающей среды и уменьшения демаскирующих факторов действующего объекта.

Так, на первом этапе применения этих технологий, производится окисление и до-окисление ДВС, поступающей, через газоотвод, работающего теплогенератора: 1-й положительный эффект (1-й п.э.). Затем, ДВС подается на нагрев испарителя, орошаемого капельно-струйным потоком теплоносителя (воды). При этом, происходит бурное кипение теплоносителя, во время которого, за счет отбора отходящими газами, скрытой теплоты его кипения, резко снижается их температура, при контакте газов с парами кипящей воды (2-й п.э).

Конструкция испарителя, состоящая из наполнительного стакана и отражающего водоотборного зонтика конической формы, скрепленные вместе основаниями конусов разного диаметра, выполненные из коррозионностойкого материала (нержавеющей стали), установлваются на выходе, вдоль продольной оси вертикальной части дымоотвода теплогенератора (например, дизеля).

При этом, обеспечивается максимально возможный нагрев водоиспарителя и создание турбулентного потока в рабочем объеме термореакторной камеры (ТРК), за счет прямого преобразования кинетической энергии выхлопных газов, увеличивающего эффективность процессов теплообмена и реакцию диссоциации окисленных газов, (3 и 4-й п.э.).

Кроме того, немаловажным здесь, является обеспечение возможности защиты конструкции Абсорбера при случайном подрыве горючей смеси газов внутри дымоотвода, что может происходить при начальном пуске двигателя, или резком изменении его тепловой нагрузки.

В этом случае, при увеличении скорости потока выхлопных газов в тракте дымоотвода, испаритель установленный на его выходе, закрылками своего зонтика формирует и разворачивает вектор ударного потока выхлопных газов, в направление компенсационных водозащитных шторок обшивки ТРК. Закрепленные на эвольвентных пружинных прижимах, шторки автоматически вскрываются при повышении динамического давления в объеме ТРК (5-й п.э.).

Наиболее значимый эффект снижения температуры парогазовой смеси и абсорбции, содержащихся в ней примесей, происходит в рабочем объеме водоконтактной насадки (ВКН), в который введен распылитель коллектора, соединенный с выходом магистрали штатной системы водяного охлаждения судового двигателя внутреннего сгорания (СДВС). Весь свободный объем ВКН заполняется, т.н. кольцами Рашига, размером 25*25*2 мм, которые орошаются обратным потоком воды вторичного контура охлаждения двигателя.

При этом, сквозь хаотически заполненный объем ВКН массой колец, протягивается поток парогазовой смеси из рабочей полости ТРК, от создаваемого в ней избыточного давления горячих выхлопных газов и последующим их разряжением на выходе ВКН, и также создаваемого вытяжным электровентилятором в объеме соединенного с ним вентиляционного отсека (ВО).

Орошаемые водяным капельно-струйным потоком, теплообменные кольца на поверхности которых, образуется тонкая водяная пленка, пропуская через себя горячие газы, и создают условия высокоэффективного парогазового и водяного теплобмена. При этом, рабочая площадь прямого контактного теплообмена будет практически пропорциональна объему водоконтактной насадки (6 и 7-й п.э.).

К этим признакам и факторам можно отнести резкое снижение концентрации угарных газов, за счет их полного или частичного окисления паровоздушной смесью, и дальнейшим растворением их окислов в водной среде, а также абсорбция нерастворимой взвеси, содержащейся в составе ДВС, прогоняемой сквозь объемы орошения и конденсации утилизируемой жидкости. Окисление угарных газов (CO) в водоконтактных нагревательных установках происходит наиболее интенсивно при температуре водоконденсата в пределах 80-85°C. Извлеченный, таким образом, из выхлопной ДВС угарный газ, преобразуется в диоксид углерода - (CO₂ ), который в виде раствора свободной углекислоты содержится в утилизируемой воде. Также нагрев, испарение и высокотемпературная конденсация паров воды в замкнутом объеме обеспечивают активную адгезию нерастворимой взвеси водным конденсатом (8-й п.э.).

Суть полезной модели поясняется чертежами, где изображено:

- на Фиг. 1 - абсорбер выхлопных выбросов судовых двигателей внутреннего сгорания. Термореакторно-парофильтрующий модуль. Общий вид.

- на Фиг. 2 - функционально - электрогидравличекская схема заявленного абсорбера выхлопных выбросов судовых двигателей внутреннего сгорания.

Как показано на чертеже (фиг. 1) - Термореакторный - парофильтрующий модуль (TP- ПФМ) 1, содержит: сливной патрубок 2 вторичного контура охлаждения судового двигателя внутреннего сгорания, вентиляционный отсек 3, коллектор водяного орошения 4, водоконтактную насадку 5, заполненную кольцами Рашига размером 25×25×3 мм, термореакторную камеру 6, зонтик - испаритель 7 обратной воды вторичного контура, выходной патрубок 8 газопровода дымовоздушной смеси СДВС, термоаккумулирующий бак 9, каркас модуля 10, крепежный фланец 11, входное сопло 12 вентилятора, центробежный вентилятор 13, электродвигатель 14, кронштейн 15, патрубок 16 контура внешнего охлаждения, сливной патрубок 17.

На фиг. 2 представлена функциональная сема Абсорбера газовоздушных выбросов судового двигателя внутреннего сгорания, включающая модуль TP-ПФМ 1 и комплекс обслуживающих устройств, в том числе:

Блок индикации и контроля системы автоматического управления (САУ-БЛИК) 18. ПИД-регулятор (ПИД-Р1) 19, фланец газовыхлопа ДВС 20, СДВС 21, каллорифер 22, пневмоглушитель(Г) 23, газопровод 24, кингстон (КН1) 25 вторичного контура охлаждения СДВС, ПИД-регулятор (ПИД- Р2) 26, электронасос(Н2) 27, сепаратор (С) 28 лляльних вод, електронасос (Н2) 29, бак утилизацшний (БУ) 30, бак расширительный (БР) 31, кингстон (КН2) 32 контура внешнего охлаждения.

Работающий двигатель (СДВС) 21 по цепи устройств: фланец газовыхлопа ДВС 20, пневмоглушитель 23 и газопровод 24, покрытые термо - звукоизолирующими материалами, выбрасывает под давлением горячие выхлопные газы, состоящие, в основном, из окислов углерода (CO), азота (NO и NO₂), паров воды, частиц остатков топлива и фракции масляных капель.

В соответствии с предлагаемым решением, вся выбрасываемая двигателем дымо-воздушная смесь (ДВС) подводится трубопроводом (газоотводом 24) к крепежному фланцу 11 модуля (ТР-ПФМ) 1.

Крепежный фланец 11, являющийся частью выходного патрубка 8, герметично устанавливается на днище термоаккумулирующего бака 9.

Наружная поверхность выходного патрубка 8 газопровода 24, с помощью термостойкого компаунда (например, клей «838») покрывается слоем термозащитной водостойкой керамики (например, марки ТЗМК), концы которой облицовываются коррозионно-стойким материалом. На верхнем конце патрубка 8 устанавливается брызгозащитный зонтик, выполненный из термостойкой стали. Центр шатра зонтика перфорирован радиальными отверстиями и вместе с коническим стаканом образуют пассивный испаритель воды.

В сборе выходной патрубок 8 газопровода располагается по центру симметрии термоаккумулирующего бака 9, а наружные стенки последнего образуют несущий конструктив термоактивной части модуля 1. Верхняя поверхность бака 9 закрыта конической диафрагмой, сквозь центральное сливное отверстие которой, пропускается выходной патрубок 8, а наружные кромки последней герметично привариваются к стенкам бака 9.

По заданной высоте, между сварным швом диафрагмы и верхним срезом указанного бака, располагается термореакторная камера (ТРК) 6, которая сверху ограничена разъемным соединением типа «ласточкин хвост». Конструктивно указанный разъем сформирован на корпусе верхней обечайки модуля 1, содержащей водоконтактную насадку(ВКН) 5, коллектор водяного орошения 4, вентиляционный отсек 3 и сливной патрубок 2 вторичного каскада охлаждения СДВС.

Заявленная полезная модель работает таким образом.

При работе двигателя (СДВС) 21 горячая дымовоздушная смесь (ДВС), поступающая по газопроводу 24 на выходной патрубок 8 подается через него на нагрев испарителя и далее в объем термореакторной камеры (ТРК) 6, где при температуре газов 300-550°C, обеспечивается ее доокисление и смешивание с парами от воды вторичного контура СДВС 21, подаваемой штатным насосом системы охлаждения двигателя. Испарение воды вторичного контура производится испарителем, установленным на зонтике 7 в полости ТРК 6, а также в активном объеме ВКН 5.

В термореакторной камере происходит одновременно несколько физико - химических процессов, в том числе: турбодинамика и суперпозиция вихрей горячих газов, водяных паров и конденсата, адгезия взвешенных нерастворимых и твердых частиц парами воды и конденсата; химическая реакция доокисления газовоздушной смеси.

Отличительной особенностью работы ТРК является применение, зачастую, в качестве химического реактива - морской воды. В обобщенном представлении морская вода содержит весь перечень элементов таблицы Менделеева. Однако, значимую величину в ней составляют ионы хлора, кальция, натрия, магния, брома и иода, которые независимо от уровня концентрации растворенных солей (в средних значениях) сохраняют постоянное соотношение равное S=0.03+1,805CL, и определяемое в (г/кг) термином - «соленость».

Величина солености морской воды, в используемых эмпирических константах, составляет величину от 9 для внутренних морей и до 35 _- для океанов.

Применение нагревателей, использующих в качестве теплоносителя морскую воду, имеет свои особенности. Установлено, что с ростом концентрации растворенных в воде CL и SO₄ скорость коррозии стали в воде, содержащей растворенный кислород, резко возрастает, независимо от индекса насыщения (I). Вода даже с положительным индексом насыщения, при суммарной концентрации CL и SO₄ более 50 мг/л является сильноагрессивной, при наличии в ней растворенного кислорода.

Отсюда, для предлагаемого абсорбера возникает ряд специфических требований и проблем, включая следующие:

1. Регенерация газового состава выхлопной газовоздушной смеси (ГВС) СДВС.

2. Адгезия и утилизация нерастворимых жидких и твердых частиц выхлопной дымовоздушной смеси (ДВС).

3. Деаэрация сливной воды охлаждения судовой энергетической установки.

4. Устранение (снижение) накипеобразований в арматуре и теплонапряженных узлах установки.

5. Охлаждение выбрасываемой парогазовой смеси (ПГС).

Выполнение вышеперечисленных требований достигается за счет специфической конструкции активных частей и режимов работы термореакторного - парофильтрующего модуля (ТР-ПФМ) 1, включающего в своем составе: вентиляционный отсек 3, коллектор орошения 4, водоконтактную насадку (ВКН) 5, термореакторную камеру (ТРК) 6, водозащитный зонтик с испарителем 7, патрубок газоотвода 8.

Регенерация газового состава выхлопа СДВС производится путем создания условий реакции для различных компонентов ГВС. Так для оптимальных условий доокисления CO требуется поддержание невысокой температуры насыщенного водяного пара, создаваемого испарителем, встроенного в корпус водозащитного зонтика 7 и далее его конденсации в полости ВКН 5, при температуре 45-60°C. Образующийся при этом дигидрид углерода CO₂, в виде раствора угольной кислоты (H₂CO₃) сливается в термоаккумулирущий бак 8 через горловину его диафрагмы.

Степень насыщения воды углекислотой зависит от количества углекислого газа, содержащегося в ГВС, времени непосредственного соприкосновения газов с водой или паром и площадью контактируемой поверхности. Степень насыщения воды углекислотой, в первом приближении, подчиняются закону Генри. Согласно которому, концентрация растворенного газа (Ссо₂ ), пропорциональна парциальному давлению его над жидкостью (Рсо ₂) и коэффициенту растворимости (Ксо₂), зависящему от температуры жидкости и вида газа:

Данные, полученные эмпирическим методом по определению величины CO₂, содержащегося в воде при температуре 60°C с коэффициентом избытка воздуха (а _т)=1,0-1,8, составляют 40-50 мг/л. Растворенная в нагретой воде углекислота определяет равновесие других углекислотных соединений, в частности бикорбонатных ионов , карбонатных , кальциевых Ca²⁺ и магниевых Mg²⁺ . В контактных нагревателях нагрев воды до 60-70°C, имеющей карбонатную жесткость свыше 6.0 мг.экв./л. вызывает выпадение из нее в осадок, например карбонатов кальция и магния, согласно ниже приведенных уравнений:

В нагреваемой контактным способом пресной воде может присутствовать свободная угольная кислота (H₂ CO₃) в то время как в морской воде, имеющей запредельную карбонатную жесткость, все бикарбонатные ионы оказываются связанными карбонатными ионами Ca, Mg и др. Таким образом происходит основной отбор газов CO и CO₂ из состава выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Незначительная доля CO₂, в виде не-диссоцированной угольной кислоты выбрасывается вытяжным вентилятором вместе с насыщенными парами паровоздушной смеси (ПВС).

Классифицируемыми компонентами выбрасываемой ГВС, работающих двигателей внутреннего сгорания, кроме уже упомянутых CO и CO ₂, являются окислы молекулярного азота (N₂), представляющие собой газовые фракции NO и NO₂ без цвета и без запаха, но обладающими вредоносными действиями, превосходящими эти свойства окислов углерода в 10-15 раз.

Растворимость газов NO в воде незначительно превосходит СО, однако за счет инертности молекулярного азота N₂, для окисления его требуется высокая температура влагосодержащего топлива с температурой горения в несколько сотен град. С^°. Эти условия в рабочем режиме обеспечиваются двигателями внутреннего сгорания. Для эффективной утилизации окислов азота, предпочтительно иметь его в виде доокисленной фракции NO₂. При этом, если окисел NO из воздуха может быть диссоциирован водой в небольших концентрациях, то NO₂ вступает с водой в реакцию полностью, образуя при этом, безвредные соединения.

Исходя из выше изложенного, весь тракт газопровода СДВС, должен иметь эффективную термоизоляцию, включая патрубок газоотвода 8 модуля ТР-ПФМ 1.

Далее, абсорбция дымообразующих фракций работающего двигателя внутреннего сгорания, выполняется путем адгезии с последующей утилизацией нерастворимых капель рабочих жидкостей и твердых частиц, содержащихся в выбрасываемой ДВС.

Каплеобразный состав рабочих жидкостей состоит из остатков несгоревшего топлива и смазочных материалов, твердые частицы представляют собой окалину металла и графитовые твердотельные образования от сгоревших примесей топливных и смазочных материлов.

Захват этих капель и частиц происходит струйно-капельным орошением сливаемого теплоносителя, поступающего из системы охлаждения СДВС через патрубок 2 на коллектор орошения 4, смонтированным внутри водоконтактной насадки 5, а также конденсатом насыщенного пара, образующегося в объемах ВКН 5 и термореакторной камеры (ТРК) 6.

Образовавшийся водоконденсат стекает по стенкам ТРК и далее по наклонной диафрагме, в полость термоаккумуляторного бака (ТАБ) 9.

Наклон крышки диафрагмы ТАБ выполнен с условием обеспечения требуемого стока водоконденсата и защиты полости ТРК от уровня воды, изменяющегося при крене и дифференте судна. ТАБ 9 имеет нагнетающий вентиль 16 охлаждающего контура и комбинированный щелевой вентиль 17, выполняющего роль гидродинамического стабилизатора уровня заполнения ТАБ.

Деаэрация воды 2-го контура охлаждения СДВС, пропущенной через ТР-ПФМ 1, выполняется сопутствующими процессами, обеспечивающими отбор кислорода O₂ из водокоденсата. Изначально ДВС, поступающая по магистрали газоотвода 24 и патрубку 8, подается в ТРК 6 при коэффициенте избытка воздуха К_ив<1.

Реакция окисления газов COCO₂, действующая в полостях ТРК 6 и ВКН 5 отбирает свободный кислород O₂ из сливной воды 2-го контура охлаждения СДВС, которая в конечном случае попадает в ТАБ 9 и далее в контур утилизации. Дополнительно свободный O₂ выбрасывается в атмосферу центробежным вентилятором 13 вместе с паровоздушной смесью (ПВС).

Устранение накипи от солено - щелочной воды производится за счет воздействия водоконденсата, быстропроточного движения теплоносителя и принудительного охлаждения его в объеме ТАБ контуром внешнего охлаждения забортной воды.

Тепловое экранирование рабочих выбросов СДВС в атмосферу производится выше приведенным методом, при этом очищенная и отфильтрованная выхлопная ДВС в виде насыщенного пара выбрасывается в атмосферу, где быстро конденсируется, теряя собственную теплоту. Таким образом, тепловой фон объекта, выбрасывающего дымовоздушную смесь с температурой в несколько сотен град. C°, понижается в паровоздушной смеси на выходе газовыхлопа до 50-60 C°^..

Работа предлагаемого абсорбера ДВС, обеспечивающая его работоспособность в заданных режимах, поясняется функциональной схемой приведенной на фиг. 2.

Абсорбер ДВС состоит из нескольких специализированных контуров, в состав которых входят:

- энерго-силовой блок, представляющий собой судовой двигатель внутреннего сгорания (СДВС) 21 с двухсекционным жидкостным охлаждением и комплектом технологической обвязки;

- вторичный контур забортного водяного охлаждения СВДС, состоящий из тройника - делителя потока (ДП1), каллорифера (AT) 22, охлаждающей магистрали со сливным патрубком 2, вентиля (ВН1) с электромагнитным приводом (Y1), тройника-делителя потока (ДП2), полнопроточного фильтра (Ф1), ремонтного отсекающего вентиля (ВН2), гидроклапана кингстона (КН1) 25;

- контур дымоотвода в составе: выхлопного фланца 20, пневмоглушителя 23 и газопровода 24;

- контур термореакторного-парофильтрующего модуля (ТР-ПФМ) 1;

- контур внешнего охлаждения, содержащий: вентиль трехходовой (ВН5) с электромагнитным приводом (Y2), тройник-делитель потока (ДП4), электронасос (Н2) 27, тройник-делитель потока (ДП5), полнопроточный фильтр (Ф2), вентиль ремонтный отсекающий (ВН6), гидроклапан кингстона (КН2) 32;

- контур принудительного продува магистралей охлаждения имеет вентиль с ручным приводом (ВИЗ), бак расширительный (БР) 31, электронасос (Н1)29, продувочную магистраль, соединяющую трехходовой вентиль(ВН5) с тройником(ДП2);

- контур утилизации продуктов дымоотвода содержит: тройник-делитель потока (ДП3), вентиль с ручным приводом (ВН4), сепаратор льяльных вод (С) 28, бак утилизатор (БУ) 30, обратный клапан (КО1);

- контур автоматического управления и контроля содержит: блок логики, индикации и контроля (БЛИК) 18, ПИД-регулятор (ПИД-Р1) 19, реле давления (РД1), ПИД-регулятор (ПИД-Р2) 25, реле давления (РД2), датчик температуры воды на выходе магистрали охлаждения двигателя (bk1), датчик температуры утилизируемой воды (bk2), датчик температуры ПВС (bk3).

Все функциональные контуры Абсорбера, с помощью стыковочных узлов, конструктивно, электрически и логически сопряжены между собой. Работа Абсорбера начинается с момента запуска СДВС 21, включение автоматического режима управления Абсорбером может производиться в любой отрезок времени с момента пуска СДВС 21 и электродвигателя 14 центробежного вентилятора 13, включение которых выполняется с выносного поста управления (САУ-БЛИК) 18.

Работа контура вторичного охлаждения начинается одновременно с запуском СДВС 21, встроенной в него помпой водяного охлаждения, всасывающей забортную воду через кингстон 25, отсекающий ремонтный вентиль (ВН2), полнопроточный фильтр (Ф1), тройник (ДП2) и вентиль (ВН1) с электромагнитным приводом (Y1), которая подается во вторичный контур охлаждения СДВС 21. Вентиль (ВН1) имеет нормально открытое исполнение, поэтому забортная вода, пройдя через него и каллорифер 22, в нагретом состоянии под давлением, поступает в магистраль вторичного контура охлаждения и далее через тройник (ДП1) в патрубок 2 термореакторного - парофильтрующего модуля (ТР-ПФМ) 1.

По контуру дымоотвода через выхлопной фланец 20, ДВС подается в пневмоглушитель 23 и далее по газопроводу 24 на выходной патрубок ДВС 8, установленный в объеме ТАБ 9 модуля 1.

Работа термореакторного модуля (ТР-ПФМ) 1, совместимого с сопрягаемыми контурами описана выше по тексту. *****

Контур внешнего охлаждения включается в работу с подачей напряжения питания на приводной электродвигатель подающего насоса (Н2) 27, который всасывающей магистралью с помощью тройника - делителя потока (ДП5) последовательно соединен с полнопроточным фильтром (Ф2), ремонтно-отсекающим вентилем (ВН6) с ручным управлением и кингстоном (КН2) 32. Выходной патрубок насоса Н2 через тройник - делитель потока (ДП4) соединен с трехходовым вентилем (ВН5) с электромагнитным приводом (Y2) и далее с патрубком 16 магистрали внешнего охлаждения модуля 1. Трехходовой вентиль (ВН5), относительно охлаждающей магистрали, выполнен в нормально открытом исполнении.

Контур утилизации отходов дымоотвода СДВС, скапливающихся в ТАБ 9 модуля 1, сбрасываются гравитационным потоком жидкости через сливной патрубок отработки 17 и далее через тройник - делитель потока (ДПЗ) и вентиль (ВН4) с ручным управлением поступают в сепаратор (С) 28 льяльных вод. Отсепарированная вода через обратный клапан (К01) подается на тройник (ДП6) магистрали расширительного бака (БР) 31. Отходы сепарации избыточным давлением выбрасываются в утилизационный бак (БУ) 30, который соединен магистралью с патрубком утилизационных отходов (УО).

Контур принудительного продува магистралей охлаждения состоит из двух функционально разделенных электро-гидравлических узлов, один из которых обеспечивает бесперебойную работу вторичного каскада охлаждения СДВС, а второй снабжает модуль (ТР-ПФМ) 1 внешним охлаждением. При засорении патрубка кингстона 25 или полнопроточного фильтра(Ф1), давление внутри охлаждающей магистрали вторичного каскада СДВС падает, что вызывает замыкание контактов реле давления (РД1). При этом срабатывает электрическая схема АСУ, включая электромагнитный привод (Y1) вентиля (ВН1), который перекрывает приток воды в охлаждающую полость СДВС. Одновременно с этим АСУ включает электромагнитный привод (Y2) трехходового вентиля (ВН5), который перенаправляет поток воды внешнего охлаждения на тройник-делитель потока (ДП2).

Под давлением воды обратного потока производится очистка заборных устройств системы охлаждения СДВС.

Второй узел - защиты магистрали контура внешнего охлаждения Абсорбера в качестве потенциального накопителя рабочей среды использует расширительный бак (БР) 31, заполняемый по сливному трубопроводу от термоаккумулирующего бака (ТАБ) 9 через вентиль 17 модуля 1 и далее по отводу тройника-делителя потока (ДПЗ) на резервный регулирующий вентиль (ВНЗ), тройник (ДП6) в бак (БР) 31. Основной поток в виде отсепарированной воды поступает в этот бак (31) от сепаратора (С) 28 через обратный клапан (КО1). Излишки воды сливаются самотеком из бака (31) через сливной штуцер за борт судна. При засорении магистрали внешнего охлаждения, давление в одноименном контуре падает и при этом срабатывает реле-давления (РД2) и по его сигналу САУ отключает электродвигатель циркуляционного насоса (Н2) и подает электропитание на электродвигатель насоса (HI), противотоком воды которого производится очистка заборных устройств контура внешнего охлаждения, включая цингстон (КН2) 32.

Контур автоматического контроля и управления через блок бесперебойного питания, аккумуляторную батарею и станцию буферной подзарядки аккумуляторных батарей подключена к бортовой сети электропитания судна. Выносной пульт управления САУ конструкционно выполнен в виде Блока логики, индикации и контроля (САУ БЛИК) 18, к которому с помощью разъемных соединителей, подключены все сигнальные приборы и исполнительные устройства.

Управление работой Абсорбера в автоматическом режиме производится методом контроля давления охлаждающего теплоносителя в рабочих магистралях с помощью реле-давления и ПИД-регуляторов (преобразователи-регуляторы интегральные-дифференцирующие), установленных в контрольных точках главных магистралей охлаждения обоих контуров.

Реле-давления (РД1) через тройник (ДП1) врезано в выходную магистраль вторичного каскада охлаждения СДВС, а выходной штуцер РД1 соединен со встроенным датчиком давления в ПИД-1Р 19, при этом его сигнальный вход через нормально разомкнутый контакт реле РД1 выведен на шину опорного напряжения = Ub. Контакты разъемных соединителей x1 и х8 поданы на одноименные контакты электрического разъема блока (БЛИК) 18.

При запуске СДВС 21 в эксплуатационном режиме, давление воды в выходной магистрали вторичного каскада охлаждения двигателя нарастает постепенно, с учетом этого эффекта, выход встроенного в ПИД-Р датчика давления параллельно соединен с входом интегратора, работающего в ждущем режиме и входом компаратора, настроенного на устойчиво минимальный уровень выходного сигнала указанного датчика давления. При засорении водозаборных устройств вторичного контура охлаждения СДВС, давление в магистрали его охлаждения будет падать, что приведет к изменению состояния первичных измерительных и функционально логических устройств АСУ, состояние которых в зависимости от режима работы, представлено Таблицей истинности и логической схемой (Фиг. 3).

Исходя из реакции указанных логических устройств, средства АСУ визначально находятся в нейтральном состоянии, что обеспечивает нормальную работу Абсорбера во всех спецификационных режимах. При падении давления воды в охлаждающей магистрали двигателя ниже минимально заданного, срабатывает сигнальный компаратор, который перезапускает интегратор на фиксированный отрезок времени в течение которого производится режим обратной прокачки вторичного контура охлаждения СДВС. Все это время интегратор по выходу будет находиться во взведенном состоянии (1) заданный временной интервал, после чего самостоятельно сбросится в ноль (0). При этом, на выходные контакты х3 и х4 приборного разъема устройства БЛИК 18, на фиксированный временной интервал, подается управляющее напряжение, приводящее в действие электромагниты Y1 и Y2 и соответственно вентили ВН1 и ВН5.

Вентиль ВН1 перекрывает вход системы охлаждения двигателя, а вентиль ВН5 переключает магистраль внешнего охлаждения на межмагистральный продувочный сросток. Давление забортной воды в магистрали контура внешнего охлаждения, поступающей через заборное устройство, и состоящее из кингстона (КН2) 32, ремонтного вентиля ВН6 и полнопроточного фильтра Ф2, создается нагнетающим электронасосом (Н2) 27. Напряжение питания на электропривод насоса (Н2) подается одновременно с включением АСУ-БЛИК 18.

Таким образом, вода из магистрали внешнего охлаждения, в виде импульса избыточного давления, подается через тройник ДП2 на продувку заборного устройства контура вторичного охлаждения СДВС 21. После чего все устройство автоматически приходит в исходное состояние.

В случае аварийного засорения заборных устройств обоих охлаждающих контуров, в системе обеспечения работоспособности Абсорбера, предусмотрен резервный контур принудительного продува, состоящий из расширительного бака (БР) 31, гидронасоса 29 с электроприводом и тройника ДП6. Система автоматического запуска в работу контура принудительного продува содержит элементы автоматики конструктивно и логически сопряженные с устройствами, аналогичными с установленными в контуре вторичного охлаждения СДВС и, включающие в своем составе: реле давления (РД2), преобразователь регулятор интегрально-дифференцирующий (ПИД-Р2) 26, соединенный с САУ-БЛИК 18, с помощью разъемных электрических соединителей х2 и х9.

При аварийной потере давления в контуре внешнего охлаждения, как описано выше, срабатывают элементы АСУ: РД2, ПИД-Р2 и БЛИК 18. По контактной группе соединителей х6 отключается питание с электропривода гидронасоса (Н2) 27. а по цепи контура внешнего охлаждения и, далее от него контура вторичного охлаждения СДВС.х7 включается электропривод насоса (H1) 29. Из расширительного бака (БР) 31, содержащийся в нем объем воды, используются насосом (H1) 29 для продувки заборных устройств.

Контур утилизации примесей дымоотвода работает по принципу очистки загрязненной проточной воды и водоконденсата, содержащие кислотно - щелочные смеси и нерастворимые взвеси, и производится с помощью дополнительного сепаратора (С) 28 льяльных вод. Скапливающиеся в термоаккумулирующем баке (ТАБ) 9, они сливаются самотеком через щелевой вентиль 17 и далее через тройник ЛПЗ и регулировочный вентиль ВН4, откуда подаются на вход сепаратора.

Сепарированная вода через обратный клапан (КО1) сливается под давлением в расширительный бак (БР) 31 и при переполнении которого выбрасывается за борт. Нерастворимые отходы дымоотвода (остатки топлива, масел, сажи и частиц окалины), в виде водной суспензии, накапливаются в утилизационном баке (БУ) 30 для сдачи на переработку, в порту захода судна.

Включение (выключение) САУ производится с выносного пульта управления, выполненного в виде функционального блока логического управления, индикации и контроля (САУ-БЛИК) 18. Корпус блока изготовлен в герметичном исполнении, на лицевой панели которого располагаются клавиатура управления, индикаторы режима работы и указатели уровня заполнения системы, давления и температуры теплоносителя в рабочих магистралях, измеряемые встроенными датчиками. Электропитание на САУ-БЛИК от блока бесперебойного питания, исполнительные механизмы и сигнальные устройства, подается с помощью герметизированных разъемных электрических соединителей.

В результате осуществления заявленной полезной модели получаем устройство абсорбера выхлопных выбросов судовых двигателей внутреннего сгорания снижающее концентрацию вредных выбросов в окружающую среду, надежное и простое в эксплуатации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Соснин Ю.П. Контактные водонагреватели - М., Стройиздат, 1974 - с. 359

2. Соснин Ю.П., Бухаркин Е.Н. Высокоэффективные газовые контактные водонагреватели - М., Стройиздат,, 1988 - с. 376.

1. Абсорбер выхлопных выбросов судовых двигателей внутреннего сгорания характеризующийся тем, что содержит узел регенерации газового состава выхлопной газовоздушной смеси (ГВС) с ДВС, выполненный в виде термореакторного парофильтрующего модуля (ТР-ПФМ), включающего в своем составе вентиляционный отсек, коллектор водяного орошения, водоконтактную насадку (ВКН), заполненную кольцами Рашига термореакторную камеру (ТРК), водозащитный зонтик с испарителем возвратной воды второго контура, патрубок газоотвода дымовоздушной смеси СДВС, термоаккумулирующий бак, контуры вторичного и внешнего охлаждения тепловыделяющих устройств, при этом сливной патрубок вторичного контура охлаждения СДВС подключен к коллектору распылителя, установленного внутри водоконтактной насадки, а трубопровод дымоотвода при помощи термоизолированной концевой насадки через днище термоаккумулирующего бака введен в полость термореакторной камеры, при этом насадка выполнена накрытой конусообразным зонтичным диском со встроенным водоконтактным испарителем охлаждающей жидкости, кроме того, модуль содержит отцентрованный вентилятор с электродвигателем и выходным патрубком, а вся конструкция модуля размещена в каркасе, причем работу абсорбера обеспечивает наличие следующих функциональных контуров: энергосиловой блок, вторичный контур забортного водяного охлаждения, контур дымоотвода, контур термореакторного парофильтрующего модуля (ТР-ПФМ), контур внешнего охлаждения, контур принудительного продува магистрали охлаждения, контур утилизации продуктов дымоотвода, контур автоматического управления и контроля.

2. Абсорбер по п. 1, отличающийся тем, что водозаборная магистраль контура вторичного охлаждения СДВС снабжена вентилем с электромагнитным управлением, а также делителем потока, с помощью которого она сростком трубопровода соединяется через трехходовой электромагнитный вентиль с рабочей магистралью контура внешнего охлаждения, в который подается забортная вода, нагнетаемая электронасосом от отдельного кингстона, через полнопроточный фильтр и ремонтный вентиль;

3. Абсорбер по п. 1, отличающийся тем, что введены элементы и изделия приборной автоматики, состоящие из реле давления, ПИД-регуляторов, датчиков давления и температуры рабочей среды, сигналы от которых подаются на выносной пульт управления (САУ-БЛИК), а команды управления в виде электрического напряжения необходимого вида передаются с него на исполнительные элементы (вентили с электромагнитным управлением и электронасосы).

4. Абсорбер по п. 1, отличающийся тем, что испаритель с зонтичной насадкой, установленные в термореакторной камере, выполнены из нержавеющей стали в конструкции, имеющей специальную аэродинамическую форму, обеспечивающую активизацию турбулентного вихря выхлопных газов, а также создающие направленный выброс газовоздушной смеси на дросселирующие окна обшивки корпуса термореакторной камеры, закрытые подпружиненными водозащитными шторками, обеспечивающие устойчивость конструкций абсорбера от разрушений при возможном подрыве несгоревших газов в дымоотводе двигателя внутреннего сгорания в момент его пуска или резкого изменения тепловой нагрузки.