一种新型河道治理船舶的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型河道治理船舶，包括船体、液压机械臂、清理斗、储料仓、螺旋桨和发动机能量回收装置，所述液压机械臂与清理斗相连，设置在船体的前端，用于清除河中的污泥；所述储料仓设置在船体上，用于储存清理上来的污泥；所述螺旋桨通过发动机驱动，发动机能量回收装置用于回收发动机尾气的热量。该河道治理船舶结构简单实用，能实现污泥的在先清除和储存操作方便，且发动机废气能量可二次利用，节能环保。
【专利说明】
一种新型河道治理船舶
技术领域
[0001 ]本发明涉及河道治理领域，具体涉及一种新型河道治理船舶。
【背景技术】
[0002]河道治理，是为防洪、航运、供水、排水及河岸洲滩的合理利用，按河道演变的规律，因势利导，调整、稳定河道主流位置，以改善水流、泥沙运动和河床冲淤部位的工程措施。其中淤泥的治理是一个很重要的项目，现有的河道治理装置往往存在结构过于复杂、集成化程度较低、能耗较高能量无法二次利用等问题。
【发明内容】
[0003 ]针对上述问题，本发明提供一种新型河道治理船舶。
[0004]本发明的目的采用以下技术方案来实现:
[0005]—种新型河道治理船舶，其特征是，包括船体、液压机械臂、清理斗、储料仓、螺旋桨和发动机能量回收装置，所述液压机械臂与清理斗相连，设置在船体的前端，用于清除河中的污泥;所述储料仓设置在船体上，用于储存清理上来的污泥;所述螺旋桨通过发动机驱动，发动机能量回收装置用于回收发动机尾气的热量，其包括散热器、发动机、回水蒸发器、高温换热回路、低温换热回路、蓄电池组、逆变器及变频器、背压调节风机;所述散热器与发动机相连，散热器通过冷却水将发动机的热量转移到散热器上，并通过散热器的表面散热；发动机的尾气依次经过背压调节风机、高温蒸发器、低温蒸发器冷却后排至大气；
[0006]高温换热回路包括依次相连的高温循环栗、高温蒸发器、高温多级透平膨胀机和高温冷凝器，高温换热回路内流动的介质为水，高温蒸发器安装在背压调节风机后的高温尾气管道上，经高温冷凝器冷却的介质水由高温循环栗打入高温蒸发器内，加热后的介质水随后进入高温多级透平膨胀机做功；
[0007]低温换热回路包括依次相连的低温循环栗、低温蒸发器、中间抽汽过热器、低温多级膨胀机和低温冷凝器，低温换热回路内流动的介质是R245fa，低温蒸发器安装在经过高温蒸发器后的低温尾气管道上;经低温冷凝器冷却的介质R245fa由低温循环栗打入低温蒸发器内，加热后的介质水经过中间抽汽过热器加热后进入低温多级膨胀机做功；中间抽汽过热器为管式换热器，加热热源来自高温多级透平膨胀机的中间级抽汽;还包括调节阀，所述调节阀根据中间抽汽过热器后的R245fa温度反馈和高温多级透平膨胀机内的压力反馈，用于调节中间级抽汽的流量，当中间抽汽过热器后的R245fa温度反馈值大于或者小于设定的中间抽汽过热器后的R245fa温度值时，自动关小或者开大调节阀的开度，同时当高温多级透平膨胀机内的压力反馈值小于设定的高温多级透平膨胀机内的压力闭锁值时，自动闭锁调节阀开启，加热后的中间级抽汽回流到高温换热循环回路;高温蒸发器和低温蒸发器之间的距离L为尾气排气管道总长的3/4，高温多级透平膨胀机为3级膨胀机，中间级抽汽取自高温多级透平膨胀机的第2级；
[0008]高温蒸发器和低温蒸发器均采用屏式-螺旋换热管，在尾气入口一侧的前半段采用错列布置的屏式换热管，后半段采用螺旋换热管;所述发动机到散热器的冷却水回水管道上还设置有回水蒸发器，用于回收发动机冷却水回水的热量，其冷却源取自低温循环栗的中间抽头，经加热后的中间抽头出来的R245fa回到中间抽汽过热器的入口处;所述高温蒸发器和低温蒸发器整体设置在圆筒式的换热壳体中，换热壳体由前壳体和后壳体通过螺栓扣合而成，前壳体的长度与屏式换热管的水平长度相同，后壳体的长度与螺旋换热管的水平长度相同；所述屏式换热管上设置有多个振打器，振打器由蓄电池组供电;所述前壳体的底部呈弧形，在弧形底部的最低点处还设置有排污口，用于定期排出屏式换热管上振落的污物；
[0009]低温多级膨胀机和高温多级透平膨胀机之间通过联轴器同轴连接，在系统启动初期，低温换热回路中的R245fa先于高温换热回路中的水到达汽化温度，低温多级膨胀机首先启动，同时通过联轴器带动高温多级透平膨胀机低速预转动，起到减小高温多级透平膨胀机的启动压力，缩短启动时间的作用；在系统停止时，高温多级透平膨胀机首先惰走减速，同时通过联轴器带动低温多级膨胀机减速，以减少低温膨胀机的惰走时间，起到减小低温多级膨胀机的鼓风摩擦，防止叶片过热的作用；
[0010]还包括蓄电池组、逆变器及变频器，高温多级透平膨胀机的一端与蓄电池组相连，蓄电池组用于储存由膨胀机的动能转化而来的电能；蓄电池组与逆变器及变频器相连，逆变器用于将蓄电池的直流电逆变为交流电，变频器用于驱动背压调节风机并调节其转速；背压调节风机用于减低并控制发动机的背压，运行时通过检测到的排气压力反馈来调节背压调节风机的转速从而调节背压在最佳值。
[0011]优选地，所述低温多级膨胀机和高温多级透平膨胀机分别通过高温进汽阀和低温进气阀调节各自的进汽量，采用的高温进汽阀和低温进气阀的流量稳定区为30%?100%额定流量，当高温换热回路或低温换热回路循环流量大于30 %各自额定流量时，高温进汽阀或低温进汽阀保持全开以避免节流损失，通过调节高温循环栗或者低温循环栗的转速来改变膨胀机的出力；当高温换热回路或低温换热回路循环流量小于30%各自额定流量时，保持高温循环栗或低温循环栗的转速不变，通过控制高温进汽阀或低温进汽阀的开度来调节膨胀机的出力。
[0012]本河道治理船舶装置的有益效果:结构简单实用，能实现污泥的在先清除和储存操作方便，且发动机废气能量可二次利用，节能环保;设计了发动机的尾气能量回收系统，根据不同温度段的热量回收需求以及介质的蒸发温度和换热特性的不同，在高温段和低温段采用不同的循环介质，从而从整体上提高了系统的换热效率;通过将压力较低的低温循环栗中间抽头引出至回水蒸发器冷却发动机冷却水的回水，能够在回收发动机尾气废热同时回收冷却水的热量，而且节能效果明显;重新设计了一种适合尾气换热使用的屏式-螺旋换热管，既便于清理，又增加了换热效率;通过将部分的回收能量用来通过逆变器和变频器驱动背压调节风机，并且根据排气背压的反馈调节背压调节风机的转速，在实现无外界电源驱动风机的同时将背压调节和能量回收一体化，大大节省了投资和空间占用；利用高温多级透平膨胀机的中间级抽汽，这部分的抽汽已经在高温多级透平膨胀机中经过一段膨胀过程，利用其剩余的热量来加热进入低温多级膨胀机前的介质R245fa，一方面可以保证R245fa的有效汽化，另一方面可以提高低温膨胀回路的做功效率，避免冷源损失，从而提高能量回收装置的整体效率;低温多级膨胀机和高温多级透平膨胀机之间通过联轴器同轴连接，在系统启动的初期，由于尾气温度较低，低温换热回路中的R245fa先于高温换热回路中的水到达汽化温度，低温多级膨胀机首先启动，同时通过联轴器带动高温多级透平膨胀机低速预转动，这样可以有效减小高温多级透平膨胀机的启动压力，缩短启动时间，在系统停止时，高温多级透平膨胀机首先惰走减速，同时通过联轴器带动低温多级膨胀机减速，以减少低温膨胀机的惰走时间，由于停止过程中膨胀机内的介质温度还比较高，此时主要起到减小低温多级膨胀机的鼓风摩擦，防止叶片过热的作用;根据不同的流量工况下进汽阀调节特性和节流损失的考虑，设计了一种转速和进汽阀相结合的控制方式，在减少节流损失的同时保持了调节的稳定性。
【附图说明】
[0013]利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
[0014]图1是本河道治理船舶的整体结构示意图；
[0015]图2是本能量回收装置的结构示意图；
[0016]图3是高温蒸发器和低温蒸发器的侧视图；
[0017]图4是高温蒸发器和低温蒸发器的正视图。
[0018]附图标记:散热器-1;发动机-2;高温冷凝器-3;低温冷凝器-4;高温蒸发器-5;低温蒸发器-6;高温多级透平膨胀机-7;低温多级膨胀机-8;回水蒸发器-9;高温循环栗-10;低温循环栗-1 I;中间抽汽过热器-12;蓄电池组-13;背压调节风机-14;逆变器及变频器-15；调节阀-16;屏式换热管-17;螺旋换热管-18;联轴器-19;前壳体-20;后壳体-21;螺栓-22;排污口 -23;船体-24;液压机械臂25;清理斗-26;储料仓-27;螺旋桨-28。
【具体实施方式】
[0019]结合以下实施例对本发明作进一步描述。
[0020]实施例1:
[0021]如图1所示的一种新型河道治理船舶，包括船体24、液压机械臂25、清理斗26、储料仓27、螺旋桨28和发动机能量回收装置，所述液压机械臂25与清理斗26相连，设置在船体24的前端，用于清除河中的污泥;所述储料仓27设置在船体24上，用于储存清理上来的污泥；所述螺旋桨28通过发动机2驱动。
[0022]如图2所示，发动机能量回收装置用于回收发动机2尾气的能量，其包括散热器1、发动机2、回水蒸发器9、高温换热回路、低温换热回路、蓄电池组13、逆变器及变频器15和背压调节风机14。散热器I与发动机2相连，散热器I通过冷却水将发动机2的热量转移到散热器I上，并且通过散热器I的表面散热，这里所指的发动机2，可以是用于机动车、船舶等大型动力机械的发动机。发动机2的尾气依次经过背压调节风机14、高温蒸发器5、低温蒸发器6冷却后排出大气。
[0023]高温换热回路包括依次相连的高温循环栗10、高温蒸发器5、高温多级透平膨胀机7和高温冷凝器3，高温换热回路内流动的介质是水，高温蒸发器5安装在背压调节风机14后的高温尾气管道上，经高温冷凝器3冷却的介质水由高温循环栗10打入高温蒸发器5内用以冷却高温尾气段的尾气，加热后的介质水随后经过高温多级透平膨胀机7做功，将热能转换为高温多级透平膨胀机7的机械能。
[0024]低温换热回路包括依次相连的低温循环栗11、低温蒸发器6、中间抽汽过热器12、低温多级膨胀机8和低温冷凝器4，低温换热回路内流动的介质是R245fa，低温蒸发器6安装在经过高温蒸发器5后的低温尾气管道上以进一步回收尾气的热量，经低温冷凝器6冷却的介质R245fa由低温循环栗11打入低温蒸发器6内，加热后的介质水经过中间抽汽过热器12后经过低温多级膨胀机8做功，将热能转换为低温多级膨胀机8的机械能。发明人经研究发现，在能量回收装置中，用水作为介质和用R245fa作为介质两者的效果并不相同，水的蒸发温度要比R245fa的蒸发温度高出不少，因此适合在高温的尾气段上使用；而在低温的尾气段上使用R245fa作为介质，更有利于其蒸发做功。另外，这种在不同的压力和温度条件下将这两种介质结合使用，从整体上也能提高系统的换热效率。中间抽汽过热器12为管式换热器，加热热源来自高温多级透平膨胀机7的中间级抽汽，这部分的抽汽已经在高温多级透平膨胀机7中经过一段膨胀过程，利用其剩余的热量来加热进入低温多级膨胀机8前的介质R245fa，一方面可以保证R245fa的有效汽化，另一方面可以提高低温膨胀回路的做功效率，避免冷源损失，从而提高能量回收装置的整体效率。具体的抽汽级数可以根据两个膨胀机中的不同工况范围来确定。还包括调节阀16，调节阀16根据中间抽汽过热器12后的R245fa温度反馈和高温多级透平膨胀机7内的压力反馈，用于调节中间级抽汽的流量，当中间抽汽过热器12后的R245fa温度反馈值大于或者小于设定的中间抽汽过热器12后的R245fa温度值时，自动关小或者开大调节阀16的开度，同时当高温多级透平膨胀机7内的压力反馈值小于设定的高温多级透平膨胀机7内的压力闭锁值时，自动闭锁调节阀16开大(即禁止其继续开大)，以防止高温多级透平膨胀机7的出力过低，设定的中间抽汽过热器12后的R245fa温度值和设定的高温多级透平膨胀机7内的压力闭锁值根据不同的具体情况通过实验的方法人为设定，加热后的中间级抽汽回流到高温换热循环回路(图中未示出)。在此实施例中，取高温蒸发器5和低温蒸发器6之间的距离L为尾气排气管道总长的3/4，高温多级透平膨胀机7为3级膨胀机，中间级抽汽取自高温多级透平膨胀机的第2级。
[0025]如图3、4所示，考虑到尾气中的杂质较多长时间使用后不便于清理容易发生堵塞，并且兼顾到换热效率，高温蒸发器5和低温蒸发器6均采用屏式-螺旋换热管的新型结构，在尾气的入口一侧，采用错列布置的屏式换热管17，这样大部分的尾气杂质被阻挡在屏式换热管17上，清理时很方便，同时错列布置也能有效减少尾气的流动阻力;而在后半段采用螺旋换热管18，以加强气流扰动提高换热效率。高温冷凝器3可以取自空调制冷剂，也可以取自其他的冷源，因为这部分的剩余热量已经不多，只要能满足将换热回路中的介质重新冷却到液态防止高温循环栗10和低温循环栗11汽化即可。所述高温蒸发器5和低温蒸发器6整体设置在圆筒式的换热壳体中，换热壳体由前壳体20和后壳体21通过螺栓22扣合而成，前壳体20的长度与屏式换热管17的水平长度相同，后壳体21的长度与螺旋换热管18的水平长度相同；所述屏式换热管17上设置有多个振打器(图中未示出)，振打器由蓄电池组13供电；所述前壳体20的底部呈弧形，在弧形底部的最低点处还设置有排污口 23，用于定期排出屏式换热管17上振落的污物。
[0026]在发动机2到散热器I的冷却水回水管道上还设置有回水蒸发器9，用于回收发动机冷却水回水的热量，其冷却源取自低温循环栗11的中间抽头，经加热后的中间抽头出来的R245fa回到中间抽汽过热器12的入口处。将压力较低的低温循环栗11的中间抽头引出至回水蒸发器冷却发动机冷却水的回水，一方面能很好地回收冷却水回水的热量，另一方面相比单独增设一个循环或者从低温循环栗11和高温循环栗10的出口引出冷却介质有更好的节能效果。
[0027]低温多级膨胀机8和高温多级透平膨胀机7之间通过联轴器19同轴连接，在系统启动的初期，由于尾气温度较低，低温换热回路中的R245fa先于高温换热回路中的水到达汽化温度，低温多级膨胀机8首先启动，同时通过联轴器19带动高温多级透平膨胀机7低速预转动，这样可以有效减小高温多级透平膨胀机7的启动压力，缩短启动时间，由于此时高温多级透平膨胀机7内的介质温度很低，且高温多级透平膨胀机7的叶片长度较低温多级膨胀机8的叶片长度小，叶片的鼓风摩擦很小，几乎可以不用考虑;在系统停止时，高温多级透平膨胀机7首先惰走减速，同时通过联轴器19带动低温多级膨胀机8减速，以减少低温膨胀机8的惰走时间，由于停止过程中膨胀机内的介质温度还比较高，此时主要起到减小低温多级膨胀机8的鼓风摩擦，防止叶片过热的作用。
[0028]高温多级透平膨胀机7的一端与蓄电池组13相连，蓄电池组13用于储存由膨胀机动能转化而来的电能。关于膨胀机将能量转换为蓄电池的电能的技术，由于现有技术已经很成熟，在此不再赘述。蓄电池组13与逆变器及变频器15相连，逆变器用于将蓄电池的直流电逆变为交流电，变频器用于驱动背压调节风机14并调节其转速。能量回收装置对发动机2的影响主要在于发动机排气通过系统中的加热器时会使发动机2的排气背压升高，而排气背压升高会导致发动机活塞将废气推出气缸时的功耗增加，因此设置背压调节风机14可以有效减低并且控制发动机2的背压，运行时，通过检测到的排气压力反馈来调节背压调节风机14的转速从而调节背压在最佳值，同时这种利用蓄电池组13本身的能量来驱动风机的方式有不需要外来的电源的优点。
[0029]低温多级膨胀机8和高温多级透平膨胀机7分别通过高温进汽阀和低温进气阀(图中未示出)来调节各自的进汽量。采用的高温进汽阀和低温进气阀的流量稳定区为30%?100%额定流量，无论是低温换热回路还是高温换热回路，栗的控制和膨胀机的控制，首先通过栗调节工质的流量，实现对工质在膨胀机进口处温度的控制，当流量发生变化时膨胀机必须做出相应的调整来匹配流量，如果膨胀机的运行与流量不匹配，不仅不能维持稳定的蒸发压力，膨胀机的运行也无法保持稳定，同时根据高温进汽阀和低温进汽阀的特性，采用压力调节和速度调节相配合的控制方式:当高温换热回路或低温换热回路循环流量大于30%各自额定流量时，高温进汽阀或低温进汽阀保持全开以避免节流损失，通过调节高温循环栗10或者低温循环栗11的转速来改变膨胀机的出力；当高温换热回路或低温换热回路循环流量小于30%各自额定流量时，由于小流量时的进汽阀的调节特性不稳定，保持高温循环栗10或低温循环栗11转速不变，通过控制高温进汽阀或低温进汽阀的开度来调节膨胀机的出力。
[0030]在此实施例的河道治理船舶中，结构简单实用，能实现污泥的在先清除和储存操作方便，且发动机废气能量可二次利用，节能环保;设计了发动机的尾气回收系统，根据不同温度段的热量回收需求以及介质的蒸发温度和换热特性的不同，在高温段和低温段采用不同的循环介质，从而从整体上提高了系统的换热效率;通过将压力较低的低温循环栗中间抽头引出至回水蒸发器9冷却发动机冷却水的回水，能够在回收发动机尾气废热同时回收冷却水的热量，而且节能效果明显;重新设计了一种适合尾气换热使用的屏式-螺旋换热管，既便于清理，又增加了换热效率;通过将部分的回收能量用来通过逆变器和变频器15驱动背压调节风机14，并且根据排气背压的反馈调节背压调节风机14的转速，在实现无外界电源驱动风机的同时将背压调节和能量回收一体化，大大节省了投资和空间占用；利用高温多级透平膨胀机7的中间级抽汽，这部分的抽汽已经在高温多级透平膨胀机7中经过一段膨胀过程，利用其剩余的热量来加热进入低温多级膨胀机8前的介质R245fa，一方面可以保证R245fa的有效汽化，另一方面可以提高低温膨胀回路的做功效率，避免冷源损失，从而提高能量回收装置的整体效率;低温多级膨胀机8和高温多级透平膨胀机7之间通过联轴器19同轴连接，在系统启动的初期，由于尾气温度较低，低温换热回路中的R245fa先于高温换热回路中的水到达汽化温度，低温多级膨胀机首先启动，同时通过联轴器19带动高温多级透平膨胀机7低速预转动，这样可以有效减小高温多级透平膨胀机7的启动压力，缩短启动时间，在系统停止时，高温多级透平膨胀机7首先惰走减速，同时通过联轴器19带动低温多级膨胀机8减速，以减少低温膨胀机8的惰走时间，由于停止过程中膨胀机内的介质温度还比较高，此时主要起到减小低温多级膨胀机8的鼓风摩擦，防止叶片过热的作用;根据不同的流量工况下进汽阀调节特性和节流损失的考虑，设计了一种转速和进汽阀相结合的控制方式，在减少节流损失的同时保持了调节的稳定性。高温蒸发器5和低温蒸发器6之间的距离L为尾气排气管道总长的3/4，高温多级透平膨胀机7为3级膨胀机，中间级抽汽取自高温多级透平膨胀机7的第2级，热量回收效率提高了4%，取得了意想不到的效果。
[0031]实施例2:
[0032]如图1所示的一种新型河道治理船舶，包括船体24、液压机械臂25、清理斗26、储料仓27、螺旋桨28和发动机能量回收装置，所述液压机械臂25与清理斗26相连，设置在船体24的前端，用于清除河中的污泥;所述储料仓27设置在船体24上，用于储存清理上来的污泥；所述螺旋桨28通过发动机2驱动。
[0033]如图2所示，发动机能量回收装置用于回收发动机尾气的能量，其包括散热器1、发动机2、回水蒸发器9、高温换热回路、低温换热回路、蓄电池组13、逆变器及变频器15和背压调节风机14。散热器I与发动机2相连，散热器I通过冷却水将发动机2的热量转移到散热器I上，并且通过散热器I的表面散热，这里所指的发动机2，可以是用于机动车、船舶等大型动力机械的发动机。发动机2的尾气依次经过背压调节风机14、高温蒸发器5、低温蒸发器6冷却后排出大气。
[0034]高温换热回路包括依次相连的高温循环栗10、高温蒸发器5、高温多级透平膨胀机7和高温冷凝器3，高温换热回路内流动的介质是水，高温蒸发器5安装在背压调节风机14后的高温尾气管道上，经高温冷凝器3冷却的介质水由高温循环栗10打入高温蒸发器5内用以冷却高温尾气段的尾气，加热后的介质水随后经过高温多级透平膨胀机7做功，将热能转换为高温多级透平膨胀机7的机械能。
[0035]低温换热回路包括依次相连的低温循环栗11、低温蒸发器6、中间抽汽过热器12、低温多级膨胀机8和低温冷凝器4，低温换热回路内流动的介质是R245fa，低温蒸发器6安装在经过高温蒸发器5后的低温尾气管道上以进一步回收尾气的热量，经低温冷凝器6冷却的介质R245fa由低温循环栗11打入低温蒸发器6内，加热后的介质水经过中间抽汽过热器12后经过低温多级膨胀机8做功，将热能转换为低温多级膨胀机8的机械能。发明人经研究发现，在能量回收装置中，用水作为介质和用R245fa作为介质两者的效果并不相同，水的蒸发温度要比R245fa的蒸发温度高出不少，因此适合在高温的尾气段上使用；而在低温的尾气段上使用R245fa作为介质，更有利于其蒸发做功。另外，这种在不同的压力和温度条件下将这两种介质结合使用，从整体上也能提高系统的换热效率。中间抽汽过热器12为管式换热器，加热热源来自高温多级透平膨胀机7的中间级抽汽，这部分的抽汽已经在高温多级透平膨胀机7中经过一段膨胀过程，利用其剩余的热量来加热进入低温多级膨胀机8前的介质R245fa，一方面可以保证R245fa的有效汽化，另一方面可以提高低温膨胀回路的做功效率，避免冷源损失，从而提高能量回收装置的整体效率。具体的抽汽级数可以根据两个膨胀机中的不同工况范围来确定。还包括调节阀16，调节阀16根据中间抽汽过热器12后的R245fa温度反馈和高温多级透平膨胀机7内的压力反馈，用于调节中间级抽汽的流量，当中间抽汽过热器12后的R245fa温度反馈值大于或者小于设定的中间抽汽过热器12后的R245fa温度值时，自动关小或者开大调节阀16的开度，同时当高温多级透平膨胀机7内的压力反馈值小于设定的高温多级透平膨胀机7内的压力闭锁值时，自动闭锁调节阀16开大(即禁止其继续开大)，以防止高温多级透平膨胀机7的出力过低，设定的中间抽汽过热器12后的R245fa温度值和设定的高温多级透平膨胀机7内的压力闭锁值根据不同的具体情况通过实验的方法人为设定，加热后的中间级抽汽回流到高温换热循环回路(图中未示出)。在此实施例中，取高温蒸发器5和低温蒸发器6之间的距离L为尾气排气管道总长的2/3，高温多级透平膨胀机7为4级膨胀机，中间级抽汽取自高温多级透平膨胀机的第2级。
[0036]如图3、4所示，考虑到尾气中的杂质较多长时间使用后不便于清理容易发生堵塞，并且兼顾到换热效率，高温蒸发器5和低温蒸发器6均采用屏式-螺旋换热管的新型结构，在尾气的入口一侧，采用错列布置的屏式换热管17，这样大部分的尾气杂质被阻挡在屏式换热管17上，清理时很方便，同时错列布置也能有效减少尾气的流动阻力;而在后半段采用螺旋换热管18，以加强气流扰动提高换热效率。高温冷凝器3可以取自空调制冷剂，也可以取自其他的冷源，因为这部分的剩余热量已经不多，只要能满足将换热回路中的介质重新冷却到液态防止高温循环栗10和低温循环栗11汽化即可。所述高温蒸发器5和低温蒸发器6整体设置在圆筒式的换热壳体中，换热壳体由前壳体20和后壳体21通过螺栓22扣合而成，前壳体20的长度与屏式换热管17的水平长度相同，后壳体21的长度与螺旋换热管18的水平长度相同；所述屏式换热管17上设置有多个振打器(图中未示出)，振打器由蓄电池组13供电；所述前壳体20的底部呈弧形，在弧形底部的最低点处还设置有排污口 23，用于定期排出屏式换热管17上振落的污物。
[0037]在发动机2到散热器I的冷却水回水管道上还设置有回水蒸发器9，用于回收发动机冷却水回水的热量，其冷却源取自低温循环栗11的中间抽头，经加热后的中间抽头出来的R245fa回到中间抽汽过热器12的入口处。将压力较低的低温循环栗11的中间抽头引出至回水蒸发器冷却发动机冷却水的回水，一方面能很好地回收冷却水回水的热量，另一方面相比单独增设一个循环或者从低温循环栗11和高温循环栗10的出口引出冷却介质有更好的节能效果。
[0038]低温多级膨胀机8和高温多级透平膨胀机7之间通过联轴器19同轴连接，在系统启动的初期，由于尾气温度较低，低温换热回路中的R245fa先于高温换热回路中的水到达汽化温度，低温多级膨胀机8首先启动，同时通过联轴器19带动高温多级透平膨胀机7低速预转动，这样可以有效减小高温多级透平膨胀机7的启动压力，缩短启动时间，由于此时高温多级透平膨胀机7内的介质温度很低，且高温多级透平膨胀机7的叶片长度较低温多级膨胀机8的叶片长度小，叶片的鼓风摩擦很小，几乎可以不用考虑;在系统停止时，高温多级透平膨胀机7首先惰走减速，同时通过联轴器19带动低温多级膨胀机8减速，以减少低温膨胀机8的惰走时间，由于停止过程中膨胀机内的介质温度还比较高，此时主要起到减小低温多级膨胀机8的鼓风摩擦，防止叶片过热的作用。
[0039]高温多级透平膨胀机7的一端与蓄电池组13相连，蓄电池组13用于储存由膨胀机动能转化而来的电能。关于膨胀机将能量转换为蓄电池的电能的技术，由于现有技术已经很成熟，在此不再赘述。蓄电池组13与逆变器及变频器15相连，逆变器用于将蓄电池的直流电逆变为交流电，变频器用于驱动背压调节风机14并调节其转速。能量回收装置对发动机2的影响主要在于发动机排气通过系统中的加热器时会使发动机2的排气背压升高，而排气背压升高会导致发动机活塞将废气推出气缸时的功耗增加，因此设置背压调节风机14可以有效减低并且控制发动机2的背压，运行时，通过检测到的排气压力反馈来调节背压调节风机14的转速从而调节背压在最佳值，同时这种利用蓄电池组13本身的能量来驱动风机的方式有不需要外来的电源的优点。
[0040]低温多级膨胀机8和高温多级透平膨胀机7分别通过高温进汽阀和低温进气阀(图中未示出)来调节各自的进汽量。采用的高温进汽阀和低温进气阀的流量稳定区为30%?100%额定流量，无论是低温换热回路还是高温换热回路，栗的控制和膨胀机的控制，首先通过栗调节工质的流量，实现对工质在膨胀机进口处温度的控制，当流量发生变化时膨胀机必须做出相应的调整来匹配流量，如果膨胀机的运行与流量不匹配，不仅不能维持稳定的蒸发压力，膨胀机的运行也无法保持稳定，同时根据高温进汽阀和低温进汽阀的特性，采用压力调节和速度调节相配合的控制方式:当高温换热回路或低温换热回路循环流量大于30%各自额定流量时，高温进汽阀或低温进汽阀保持全开以避免节流损失，通过调节高温循环栗10或者低温循环栗11的转速来改变膨胀机的出力；当高温换热回路或低温换热回路循环流量小于30%各自额定流量时，由于小流量时的进汽阀的调节特性不稳定，保持高温循环栗10或低温循环栗11转速不变，通过控制高温进汽阀或低温进汽阀的开度来调节膨胀机的出力。
[0041]在此实施例的河道治理船舶中，结构简单实用，能实现污泥的在先清除和储存操作方便，且发动机废气能量可二次利用，节能环保;设计了发动机的尾气回收系统，根据不同温度段的热量回收需求以及介质的蒸发温度和换热特性的不同，在高温段和低温段采用不同的循环介质，从而从整体上提高了系统的换热效率;通过将压力较低的低温循环栗中间抽头引出至回水蒸发器9冷却发动机冷却水的回水，能够在回收发动机尾气废热同时回收冷却水的热量，而且节能效果明显;重新设计了一种适合尾气换热使用的屏式-螺旋换热管，既便于清理，又增加了换热效率;通过将部分的回收能量用来通过逆变器和变频器15驱动背压调节风机14，并且根据排气背压的反馈调节背压调节风机14的转速，在实现无外界电源驱动风机的同时将背压调节和能量回收一体化，大大节省了投资和空间占用；利用高温多级透平膨胀机7的中间级抽汽，这部分的抽汽已经在高温多级透平膨胀机7中经过一段膨胀过程，利用其剩余的热量来加热进入低温多级膨胀机8前的介质R245fa，一方面可以保证R245fa的有效汽化，另一方面可以提高低温膨胀回路的做功效率，避免冷源损失，从而提高能量回收装置的整体效率;低温多级膨胀机8和高温多级透平膨胀机7之间通过联轴器19同轴连接，在系统启动的初期，由于尾气温度较低，低温换热回路中的R245fa先于高温换热回路中的水到达汽化温度，低温多级膨胀机首先启动，同时通过联轴器19带动高温多级透平膨胀机7低速预转动，这样可以有效减小高温多级透平膨胀机7的启动压力，缩短启动时间，在系统停止时，高温多级透平膨胀机7首先惰走减速，同时通过联轴器19带动低温多级膨胀机8减速，以减少低温膨胀机8的惰走时间，由于停止过程中膨胀机内的介质温度还比较高，此时主要起到减小低温多级膨胀机8的鼓风摩擦，防止叶片过热的作用;根据不同的流量工况下进汽阀调节特性和节流损失的考虑，设计了一种转速和进汽阀相结合的控制方式，在减少节流损失的同时保持了调节的稳定性。高温蒸发器5和低温蒸发器6之间的距离L为尾气排气管道总长的2/3，高温多级透平膨胀机7为4级膨胀机，中间级抽汽取自高温多级透平膨胀机7的第2级，热量回收效率提高了 4.5%，取得了意想不到的效果。
[0042]实施例3:
[0043]如图1所示的一种新型河道治理船舶，包括船体24、液压机械臂25、清理斗26、储料仓27、螺旋桨28和发动机能量回收装置，所述液压机械臂25与清理斗26相连，设置在船体24的前端，用于清除河中的污泥;所述储料仓27设置在船体24上，用于储存清理上来的污泥；所述螺旋桨28通过发动机2驱动。
[0044]如图2所示，发动机能量回收装置用于回收发动机尾气的能量，其包括散热器1、发动机2、回水蒸发器9、高温换热回路、低温换热回路、蓄电池组13、逆变器及变频器15和背压调节风机14。散热器I与发动机2相连，散热器I通过冷却水将发动机2的热量转移到散热器I上，并且通过散热器I的表面散热，这里所指的发动机2，可以是用于机动车、船舶等大型动力机械的发动机。发动机2的尾气依次经过背压调节风机14、高温蒸发器5、低温蒸发器6冷却后排出大气。
[0045]高温换热回路包括依次相连的高温循环栗10、高温蒸发器5、高温多级透平膨胀机7和高温冷凝器3，高温换热回路内流动的介质是水，高温蒸发器5安装在背压调节风机14后的高温尾气管道上，经高温冷凝器3冷却的介质水由高温循环栗10打入高温蒸发器5内用以冷却高温尾气段的尾气，加热后的介质水随后经过高温多级透平膨胀机7做功，将热能转换为高温多级透平膨胀机7的机械能。
[0046]低温换热回路包括依次相连的低温循环栗11、低温蒸发器6、中间抽汽过热器12、低温多级膨胀机8和低温冷凝器4，低温换热回路内流动的介质是R245fa，低温蒸发器6安装在经过高温蒸发器5后的低温尾气管道上以进一步回收尾气的热量，经低温冷凝器6冷却的介质R245fa由低温循环栗11打入低温蒸发器6内，加热后的介质水经过中间抽汽过热器12后经过低温多级膨胀机8做功，将热能转换为低温多级膨胀机8的机械能。发明人经研究发现，在能量回收装置中，用水作为介质和用R245fa作为介质两者的效果并不相同，水的蒸发温度要比R245fa的蒸发温度高出不少，因此适合在高温的尾气段上使用；而在低温的尾气段上使用R245fa作为介质，更有利于其蒸发做功。另外，这种在不同的压力和温度条件下将这两种介质结合使用，从整体上也能提高系统的换热效率。中间抽汽过热器12为管式换热器，加热热源来自高温多级透平膨胀机7的中间级抽汽，这部分的抽汽已经在高温多级透平膨胀机7中经过一段膨胀过程，利用其剩余的热量来加热进入低温多级膨胀机8前的介质R245fa，一方面可以保证R245fa的有效汽化，另一方面可以提高低温膨胀回路的做功效率，避免冷源损失，从而提高能量回收装置的整体效率。具体的抽汽级数可以根据两个膨胀机中的不同工况范围来确定。还包括调节阀16，调节阀16根据中间抽汽过热器12后的R245fa温度反馈和高温多级透平膨胀机7内的压力反馈，用于调节中间级抽汽的流量，当中间抽汽过热器12后的R245fa温度反馈值大于或者小于设定的中间抽汽过热器12后的R245fa温度值时，自动关小或者开大调节阀16的开度，同时当高温多级透平膨胀机7内的压力反馈值小于设定的高温多级透平膨胀机7内的压力闭锁值时，自动闭锁调节阀16开大(即禁止其继续开大)，以防止高温多级透平膨胀机7的出力过低，设定的中间抽汽过热器12后的R245fa温度值和设定的高温多级透平膨胀机7内的压力闭锁值根据不同的具体情况通过实验的方法人为设定，加热后的中间级抽汽回流到高温换热循环回路(图中未示出)。在此实施例中，取高温蒸发器5和低温蒸发器6之间的距离L为尾气排气管道总长的1/2，高温多级透平膨胀机7为5级膨胀机，中间级抽汽取自高温多级透平膨胀机的第3级。
[0047]如图3、4所示，考虑到尾气中的杂质较多长时间使用后不便于清理容易发生堵塞，并且兼顾到换热效率，高温蒸发器5和低温蒸发器6均采用屏式-螺旋换热管的新型结构，在尾气的入口一侧，采用错列布置的屏式换热管17，这样大部分的尾气杂质被阻挡在屏式换热管17上，清理时很方便，同时错列布置也能有效减少尾气的流动阻力;而在后半段采用螺旋换热管18，以加强气流扰动提高换热效率。高温冷凝器3可以取自空调制冷剂，也可以取自其他的冷源，因为这部分的剩余热量已经不多，只要能满足将换热回路中的介质重新冷却到液态防止高温循环栗10和低温循环栗11汽化即可。所述高温蒸发器5和低温蒸发器6整体设置在圆筒式的换热壳体中，换热壳体由前壳体20和后壳体21通过螺栓22扣合而成，前壳体20的长度与屏式换热管17的水平长度相同，后壳体21的长度与螺旋换热管18的水平长度相同；所述屏式换热管17上设置有多个振打器(图中未示出)，振打器由蓄电池组13供电；所述前壳体20的底部呈弧形，在弧形底部的最低点处还设置有排污口 23，用于定期排出屏式换热管17上振落的污物。
[0048]在发动机2到散热器I的冷却水回水管道上还设置有回水蒸发器9，用于回收发动机冷却水回水的热量，其冷却源取自低温循环栗11的中间抽头，经加热后的中间抽头出来的R245fa回到中间抽汽过热器12的入口处。将压力较低的低温循环栗11的中间抽头引出至回水蒸发器冷却发动机冷却水的回水，一方面能很好地回收冷却水回水的热量，另一方面相比单独增设一个循环或者从低温循环栗11和高温循环栗10的出口引出冷却介质有更好的节能效果。
[0049]低温多级膨胀机8和高温多级透平膨胀机7之间通过联轴器19同轴连接，在系统启动的初期，由于尾气温度较低，低温换热回路中的R245fa先于高温换热回路中的水到达汽化温度，低温多级膨胀机8首先启动，同时通过联轴器19带动高温多级透平膨胀机7低速预转动，这样可以有效减小高温多级透平膨胀机7的启动压力，缩短启动时间，由于此时高温多级透平膨胀机7内的介质温度很低，且高温多级透平膨胀机7的叶片长度较低温多级膨胀机8的叶片长度小，叶片的鼓风摩擦很小，几乎可以不用考虑;在系统停止时，高温多级透平膨胀机7首先惰走减速，同时通过联轴器19带动低温多级膨胀机8减速，以减少低温膨胀机8的惰走时间，由于停止过程中膨胀机内的介质温度还比较高，此时主要起到减小低温多级膨胀机8的鼓风摩擦，防止叶片过热的作用。
[0050]高温多级透平膨胀机7的一端与蓄电池组13相连，蓄电池组13用于储存由膨胀机动能转化而来的电能。关于膨胀机将能量转换为蓄电池的电能的技术，由于现有技术已经很成熟，在此不再赘述。蓄电池组13与逆变器及变频器15相连，逆变器用于将蓄电池的直流电逆变为交流电，变频器用于驱动背压调节风机14并调节其转速。能量回收装置对发动机2的影响主要在于发动机排气通过系统中的加热器时会使发动机2的排气背压升高，而排气背压升高会导致发动机活塞将废气推出气缸时的功耗增加，因此设置背压调节风机14可以有效减低并且控制发动机2的背压，运行时，通过检测到的排气压力反馈来调节背压调节风机14的转速从而调节背压在最佳值，同时这种利用蓄电池组13本身的能量来驱动风机的方式有不需要外来的电源的优点。
[0051]低温多级膨胀机8和高温多级透平膨胀机7分别通过高温进汽阀和低温进气阀(图中未示出)来调节各自的进汽量。采用的高温进汽阀和低温进气阀的流量稳定区为30%?100%额定流量，无论是低温换热回路还是高温换热回路，栗的控制和膨胀机的控制，首先通过栗调节工质的流量，实现对工质在膨胀机进口处温度的控制，当流量发生变化时膨胀机必须做出相应的调整来匹配流量，如果膨胀机的运行与流量不匹配，不仅不能维持稳定的蒸发压力，膨胀机的运行也无法保持稳定，同时根据高温进汽阀和低温进汽阀的特性，采用压力调节和速度调节相配合的控制方式:当高温换热回路或低温换热回路循环流量大于30%各自额定流量时，高温进汽阀或低温进汽阀保持全开以避免节流损失，通过调节高温循环栗10或者低温循环栗11的转速来改变膨胀机的出力；当高温换热回路或低温换热回路循环流量小于30%各自额定流量时，由于小流量时的进汽阀的调节特性不稳定，保持高温循环栗10或低温循环栗11转速不变，通过控制高温进汽阀或低温进汽阀的开度来调节膨胀机的出力。
[0052]在此实施例的河道治理船舶中，结构简单实用，能实现污泥的在先清除和储存操作方便，且发动机废气能量可二次利用，节能环保;设计了发动机的尾气回收系统，根据不同温度段的热量回收需求以及介质的蒸发温度和换热特性的不同，在高温段和低温段采用不同的循环介质，从而从整体上提高了系统的换热效率;通过将压力较低的低温循环栗中间抽头引出至回水蒸发器9冷却发动机冷却水的回水，能够在回收发动机尾气废热同时回收冷却水的热量，而且节能效果明显;重新设计了一种适合尾气换热使用的屏式-螺旋换热管，既便于清理，又增加了换热效率;通过将部分的回收能量用来通过逆变器和变频器15驱动背压调节风机14，并且根据排气背压的反馈调节背压调节风机14的转速，在实现无外界电源驱动风机的同时将背压调节和能量回收一体化，大大节省了投资和空间占用；利用高温多级透平膨胀机7的中间级抽汽，这部分的抽汽已经在高温多级透平膨胀机7中经过一段膨胀过程，利用其剩余的热量来加热进入低温多级膨胀机8前的介质R245fa，一方面可以保证R245fa的有效汽化，另一方面可以提高低温膨胀回路的做功效率，避免冷源损失，从而提高能量回收装置的整体效率;低温多级膨胀机8和高温多级透平膨胀机7之间通过联轴器19同轴连接，在系统启动的初期，由于尾气温度较低，低温换热回路中的R245fa先于高温换热回路中的水到达汽化温度，低温多级膨胀机首先启动，同时通过联轴器19带动高温多级透平膨胀机7低速预转动，这样可以有效减小高温多级透平膨胀机7的启动压力，缩短启动时间，在系统停止时，高温多级透平膨胀机7首先惰走减速，同时通过联轴器19带动低温多级膨胀机8减速，以减少低温膨胀机8的惰走时间，由于停止过程中膨胀机内的介质温度还比较高，此时主要起到减小低温多级膨胀机8的鼓风摩擦，防止叶片过热的作用;根据不同的流量工况下进汽阀调节特性和节流损失的考虑，设计了一种转速和进汽阀相结合的控制方式，在减少节流损失的同时保持了调节的稳定性。高温蒸发器5和低温蒸发器6之间的距离L为尾气排气管道总长的1/2，高温多级透平膨胀机7为5级膨胀机，中间级抽汽取自高温多级透平膨胀机7的第3级，热量回收效率提高了5%，取得了意想不到的效果。
[0053]实施例4:
[0054]如图1所示的一种新型河道治理船舶，包括船体24、液压机械臂25、清理斗26、储料仓27、螺旋桨28和发动机能量回收装置，所述液压机械臂25与清理斗26相连，设置在船体24的前端，用于清除河中的污泥;所述储料仓27设置在船体24上，用于储存清理上来的污泥；所述螺旋桨28通过发动机2驱动。
[0055]如图2所示，发动机能量回收装置用于回收发动机尾气的能量，其包括散热器1、发动机2、回水蒸发器9、高温换热回路、低温换热回路、蓄电池组13、逆变器及变频器15和背压调节风机14。散热器I与发动机2相连，散热器I通过冷却水将发动机2的热量转移到散热器I上，并且通过散热器I的表面散热，这里所指的发动机2，可以是用于机动车、船舶等大型动力机械的发动机。发动机2的尾气依次经过背压调节风机14、高温蒸发器5、低温蒸发器6冷却后排出大气。
[0056]高温换热回路包括依次相连的高温循环栗10、高温蒸发器5、高温多级透平膨胀机7和高温冷凝器3，高温换热回路内流动的介质是水，高温蒸发器5安装在背压调节风机14后的高温尾气管道上，经高温冷凝器3冷却的介质水由高温循环栗10打入高温蒸发器5内用以冷却高温尾气段的尾气，加热后的介质水随后经过高温多级透平膨胀机7做功，将热能转换为高温多级透平膨胀机7的机械能。
[0057]低温换热回路包括依次相连的低温循环栗11、低温蒸发器6、中间抽汽过热器12、低温多级膨胀机8和低温冷凝器4，低温换热回路内流动的介质是R245fa，低温蒸发器6安装在经过高温蒸发器5后的低温尾气管道上以进一步回收尾气的热量，经低温冷凝器6冷却的介质R245fa由低温循环栗11打入低温蒸发器6内，加热后的介质水经过中间抽汽过热器12后经过低温多级膨胀机8做功，将热能转换为低温多级膨胀机8的机械能。发明人经研究发现，在能量回收装置中，用水作为介质和用R245fa作为介质两者的效果并不相同，水的蒸发温度要比R245fa的蒸发温度高出不少，因此适合在高温的尾气段上使用；而在低温的尾气段上使用R245fa作为介质，更有利于其蒸发做功。另外，这种在不同的压力和温度条件下将这两种介质结合使用，从整体上也能提高系统的换热效率。中间抽汽过热器12为管式换热器，加热热源来自高温多级透平膨胀机7的中间级抽汽，这部分的抽汽已经在高温多级透平膨胀机7中经过一段膨胀过程，利用其剩余的热量来加热进入低温多级膨胀机8前的介质R245fa，一方面可以保证R245fa的有效汽化，另一方面可以提高低温膨胀回路的做功效率，避免冷源损失，从而提高能量回收装置的整体效率。具体的抽汽级数可以根据两个膨胀机中的不同工况范围来确定。还包括调节阀16，调节阀16根据中间抽汽过热器12后的R245fa温度反馈和高温多级透平膨胀机7内的压力反馈，用于调节中间级抽汽的流量，当中间抽汽过热器12后的R245fa温度反馈值大于或者小于设定的中间抽汽过热器12后的R245fa温度值时，自动关小或者开大调节阀16的开度，同时当高温多级透平膨胀机7内的压力反馈值小于设定的高温多级透平膨胀机7内的压力闭锁值时，自动闭锁调节阀16开大(即禁止其继续开大)，以防止高温多级透平膨胀机7的出力过低，设定的中间抽汽过热器12后的R245fa温度值和设定的高温多级透平膨胀机7内的压力闭锁值根据不同的具体情况通过实验的方法人为设定，加热后的中间级抽汽回流到高温换热循环回路(图中未示出)。在此实施例中，取高温蒸发器5和低温蒸发器6之间的距离L为尾气排气管道总长的2/5，高温多级透平膨胀机7为5级膨胀机，中间级抽汽取自高温多级透平膨胀机的第2级。
[0058]如图3、4所示，考虑到尾气中的杂质较多长时间使用后不便于清理容易发生堵塞，并且兼顾到换热效率，高温蒸发器5和低温蒸发器6均采用屏式-螺旋换热管的新型结构，在尾气的入口一侧，采用错列布置的屏式换热管17，这样大部分的尾气杂质被阻挡在屏式换热管17上，清理时很方便，同时错列布置也能有效减少尾气的流动阻力;而在后半段采用螺旋换热管18，以加强气流扰动提高换热效率。高温冷凝器3可以取自空调制冷剂，也可以取自其他的冷源，因为这部分的剩余热量已经不多，只要能满足将换热回路中的介质重新冷却到液态防止高温循环栗10和低温循环栗11汽化即可。所述高温蒸发器5和低温蒸发器6整体设置在圆筒式的换热壳体中，换热壳体由前壳体20和后壳体21通过螺栓22扣合而成，前壳体20的长度与屏式换热管17的水平长度相同，后壳体21的长度与螺旋换热管18的水平长度相同；所述屏式换热管17上设置有多个振打器(图中未示出)，振打器由蓄电池组13供电；所述前壳体20的底部呈弧形，在弧形底部的最低点处还设置有排污口 23，用于定期排出屏式换热管17上振落的污物。
[0059]在发动机2到散热器I的冷却水回水管道上还设置有回水蒸发器9，用于回收发动机冷却水回水的热量，其冷却源取自低温循环栗11的中间抽头，经加热后的中间抽头出来的R245fa回到中间抽汽过热器12的入口处。将压力较低的低温循环栗11的中间抽头引出至回水蒸发器冷却发动机冷却水的回水，一方面能很好地回收冷却水回水的热量，另一方面相比单独增设一个循环或者从低温循环栗11和高温循环栗10的出口引出冷却介质有更好的节能效果。
[0060]低温多级膨胀机8和高温多级透平膨胀机7之间通过联轴器19同轴连接，在系统启动的初期，由于尾气温度较低，低温换热回路中的R245fa先于高温换热回路中的水到达汽化温度，低温多级膨胀机8首先启动，同时通过联轴器19带动高温多级透平膨胀机7低速预转动，这样可以有效减小高温多级透平膨胀机7的启动压力，缩短启动时间，由于此时高温多级透平膨胀机7内的介质温度很低，且高温多级透平膨胀机7的叶片长度较低温多级膨胀机8的叶片长度小，叶片的鼓风摩擦很小，几乎可以不用考虑;在系统停止时，高温多级透平膨胀机7首先惰走减速，同时通过联轴器19带动低温多级膨胀机8减速，以减少低温膨胀机8的惰走时间，由于停止过程中膨胀机内的介质温度还比较高，此时主要起到减小低温多级膨胀机8的鼓风摩擦，防止叶片过热的作用。
[0061]高温多级透平膨胀机7的一端与蓄电池组13相连，蓄电池组13用于储存由膨胀机动能转化而来的电能。关于膨胀机将能量转换为蓄电池的电能的技术，由于现有技术已经很成熟，在此不再赘述。蓄电池组13与逆变器及变频器15相连，逆变器用于将蓄电池的直流电逆变为交流电，变频器用于驱动背压调节风机14并调节其转速。能量回收装置对发动机2的影响主要在于发动机排气通过系统中的加热器时会使发动机2的排气背压升高，而排气背压升高会导致发动机活塞将废气推出气缸时的功耗增加，因此设置背压调节风机14可以有效减低并且控制发动机2的背压，运行时，通过检测到的排气压力反馈来调节背压调节风机14的转速从而调节背压在最佳值，同时这种利用蓄电池组13本身的能量来驱动风机的方式有不需要外来的电源的优点。
[0062]低温多级膨胀机8和高温多级透平膨胀机7分别通过高温进汽阀和低温进气阀(图中未示出)来调节各自的进汽量。采用的高温进汽阀和低温进气阀的流量稳定区为30%?100%额定流量，无论是低温换热回路还是高温换热回路，栗的控制和膨胀机的控制，首先通过栗调节工质的流量，实现对工质在膨胀机进口处温度的控制，当流量发生变化时膨胀机必须做出相应的调整来匹配流量，如果膨胀机的运行与流量不匹配，不仅不能维持稳定的蒸发压力，膨胀机的运行也无法保持稳定，同时根据高温进汽阀和低温进汽阀的特性，采用压力调节和速度调节相配合的控制方式:当高温换热回路或低温换热回路循环流量大于30%各自额定流量时，高温进汽阀或低温进汽阀保持全开以避免节流损失，通过调节高温循环栗10或者低温循环栗11的转速来改变膨胀机的出力；当高温换热回路或低温换热回路循环流量小于30%各自额定流量时，由于小流量时的进汽阀的调节特性不稳定，保持高温循环栗10或低温循环栗11转速不变，通过控制高温进汽阀或低温进汽阀的开度来调节膨胀机的出力。
[0063]在此实施例的河道治理船舶中，结构简单实用，能实现污泥的在先清除和储存操作方便，且发动机废气能量可二次利用，节能环保;设计了发动机的尾气回收系统，根据不同温度段的热量回收需求以及介质的蒸发温度和换热特性的不同，在高温段和低温段采用不同的循环介质，从而从整体上提高了系统的换热效率;通过将压力较低的低温循环栗中间抽头引出至回水蒸发器9冷却发动机冷却水的回水，能够在回收发动机尾气废热同时回收冷却水的热量，而且节能效果明显;重新设计了一种适合尾气换热使用的屏式-螺旋换热管，既便于清理，又增加了换热效率;通过将部分的回收能量用来通过逆变器和变频器15驱动背压调节风机14，并且根据排气背压的反馈调节背压调节风机14的转速，在实现无外界电源驱动风机的同时将背压调节和能量回收一体化，大大节省了投资和空间占用；利用高温多级透平膨胀机7的中间级抽汽，这部分的抽汽已经在高温多级透平膨胀机7中经过一段膨胀过程，利用其剩余的热量来加热进入低温多级膨胀机8前的介质R245fa，一方面可以保证R245fa的有效汽化，另一方面可以提高低温膨胀回路的做功效率，避免冷源损失，从而提高能量回收装置的整体效率;低温多级膨胀机8和高温多级透平膨胀机7之间通过联轴器19同轴连接，在系统启动的初期，由于尾气温度较低，低温换热回路中的R245fa先于高温换热回路中的水到达汽化温度，低温多级膨胀机首先启动，同时通过联轴器19带动高温多级透平膨胀机7低速预转动，这样可以有效减小高温多级透平膨胀机7的启动压力，缩短启动时间，在系统停止时，高温多级透平膨胀机7首先惰走减速，同时通过联轴器19带动低温多级膨胀机8减速，以减少低温膨胀机8的惰走时间，由于停止过程中膨胀机内的介质温度还比较高，此时主要起到减小低温多级膨胀机8的鼓风摩擦，防止叶片过热的作用;根据不同的流量工况下进汽阀调节特性和节流损失的考虑，设计了一种转速和进汽阀相结合的控制方式，在减少节流损失的同时保持了调节的稳定性。高温蒸发器5和低温蒸发器6之间的距离L为尾气排气管道总长的2/5，高温多级透平膨胀机7为5级膨胀机，中间级抽汽取自高温多级透平膨胀机7的第2级，热量回收效率提高了 5.5%，取得了意想不到的效果。
[0064]实施例5:
[0065]如图1所示的一种新型河道治理船舶，包括船体24、液压机械臂25、清理斗26、储料仓27、螺旋桨28和发动机能量回收装置，所述液压机械臂25与清理斗26相连，设置在船体24的前端，用于清除河中的污泥;所述储料仓27设置在船体24上，用于储存清理上来的污泥；所述螺旋桨28通过发动机2驱动。
[0066]如图2所示，发动机能量回收装置用于回收发动机尾气的能量，其包括散热器1、发动机2、回水蒸发器9、高温换热回路、低温换热回路、蓄电池组13、逆变器及变频器15和背压调节风机14。散热器I与发动机2相连，散热器I通过冷却水将发动机2的热量转移到散热器I上，并且通过散热器I的表面散热，这里所指的发动机2，可以是用于机动车、船舶等大型动力机械的发动机。发动机2的尾气依次经过背压调节风机14、高温蒸发器5、低温蒸发器6冷却后排出大气。
[0067]高温换热回路包括依次相连的高温循环栗10、高温蒸发器5、高温多级透平膨胀机7和高温冷凝器3，高温换热回路内流动的介质是水，高温蒸发器5安装在背压调节风机14后的高温尾气管道上，经高温冷凝器3冷却的介质水由高温循环栗10打入高温蒸发器5内用以冷却高温尾气段的尾气，加热后的介质水随后经过高温多级透平膨胀机7做功，将热能转换为高温多级透平膨胀机7的机械能。
[0068]低温换热回路包括依次相连的低温循环栗11、低温蒸发器6、中间抽汽过热器12、低温多级膨胀机8和低温冷凝器4，低温换热回路内流动的介质是R245fa，低温蒸发器6安装在经过高温蒸发器5后的低温尾气管道上以进一步回收尾气的热量，经低温冷凝器6冷却的介质R245fa由低温循环栗11打入低温蒸发器6内，加热后的介质水经过中间抽汽过热器12后经过低温多级膨胀机8做功，将热能转换为低温多级膨胀机8的机械能。发明人经研究发现，在能量回收装置中，用水作为介质和用R245fa作为介质两者的效果并不相同，水的蒸发温度要比R245fa的蒸发温度高出不少，因此适合在高温的尾气段上使用；而在低温的尾气段上使用R245fa作为介质，更有利于其蒸发做功。另外，这种在不同的压力和温度条件下将这两种介质结合使用，从整体上也能提高系统的换热效率。中间抽汽过热器12为管式换热器，加热热源来自高温多级透平膨胀机7的中间级抽汽，这部分的抽汽已经在高温多级透平膨胀机7中经过一段膨胀过程，利用其剩余的热量来加热进入低温多级膨胀机8前的介质R245fa，一方面可以保证R245fa的有效汽化，另一方面可以提高低温膨胀回路的做功效率，避免冷源损失，从而提高能量回收装置的整体效率。具体的抽汽级数可以根据两个膨胀机中的不同工况范围来确定。还包括调节阀16，调节阀16根据中间抽汽过热器12后的R245fa温度反馈和高温多级透平膨胀机7内的压力反馈，用于调节中间级抽汽的流量，当中间抽汽过热器12后的R245fa温度反馈值大于或者小于设定的中间抽汽过热器12后的R245fa温度值时，自动关小或者开大调节阀16的开度，同时当高温多级透平膨胀机7内的压力反馈值小于设定的高温多级透平膨胀机7内的压力闭锁值时，自动闭锁调节阀16开大(即禁止其继续开大)，以防止高温多级透平膨胀机7的出力过低，设定的中间抽汽过热器12后的R245fa温度值和设定的高温多级透平膨胀机7内的压力闭锁值根据不同的具体情况通过实验的方法人为设定，加热后的中间级抽汽回流到高温换热循环回路(图中未示出)。在此实施例中，取高温蒸发器5和低温蒸发器6之间的距离L为尾气排气管道总长的2/7，高温多级透平膨胀机7为6级膨胀机，中间级抽汽取自高温多级透平膨胀机的第3级。
[0069]如图3、4所示，考虑到尾气中的杂质较多长时间使用后不便于清理容易发生堵塞，并且兼顾到换热效率，高温蒸发器5和低温蒸发器6均采用屏式-螺旋换热管的新型结构，在尾气的入口一侧，采用错列布置的屏式换热管17，这样大部分的尾气杂质被阻挡在屏式换热管17上，清理时很方便，同时错列布置也能有效减少尾气的流动阻力;而在后半段采用螺旋换热管18，以加强气流扰动提高换热效率。高温冷凝器3可以取自空调制冷剂，也可以取自其他的冷源，因为这部分的剩余热量已经不多，只要能满足将换热回路中的介质重新冷却到液态防止高温循环栗10和低温循环栗11汽化即可。所述高温蒸发器5和低温蒸发器6整体设置在圆筒式的换热壳体中，换热壳体由前壳体20和后壳体21通过螺栓22扣合而成，前壳体20的长度与屏式换热管17的水平长度相同，后壳体21的长度与螺旋换热管18的水平长度相同；所述屏式换热管17上设置有多个振打器(图中未示出)，振打器由蓄电池组13供电；所述前壳体20的底部呈弧形，在弧形底部的最低点处还设置有排污口 23，用于定期排出屏式换热管17上振落的污物。
[0070]在发动机2到散热器I的冷却水回水管道上还设置有回水蒸发器9，用于回收发动机冷却水回水的热量，其冷却源取自低温循环栗11的中间抽头，经加热后的中间抽头出来的R245fa回到中间抽汽过热器12的入口处。将压力较低的低温循环栗11的中间抽头引出至回水蒸发器冷却发动机冷却水的回水，一方面能很好地回收冷却水回水的热量，另一方面相比单独增设一个循环或者从低温循环栗11和高温循环栗10的出口引出冷却介质有更好的节能效果。
[0071]低温多级膨胀机8和高温多级透平膨胀机7之间通过联轴器19同轴连接，在系统启动的初期，由于尾气温度较低，低温换热回路中的R245fa先于高温换热回路中的水到达汽化温度，低温多级膨胀机8首先启动，同时通过联轴器19带动高温多级透平膨胀机7低速预转动，这样可以有效减小高温多级透平膨胀机7的启动压力，缩短启动时间，由于此时高温多级透平膨胀机7内的介质温度很低，且高温多级透平膨胀机7的叶片长度较低温多级膨胀机8的叶片长度小，叶片的鼓风摩擦很小，几乎可以不用考虑;在系统停止时，高温多级透平膨胀机7首先惰走减速，同时通过联轴器19带动低温多级膨胀机8减速，以减少低温膨胀机8的惰走时间，由于停止过程中膨胀机内的介质温度还比较高，此时主要起到减小低温多级膨胀机8的鼓风摩擦，防止叶片过热的作用。
[0072]高温多级透平膨胀机7的一端与蓄电池组13相连，蓄电池组13用于储存由膨胀机动能转化而来的电能。关于膨胀机将能量转换为蓄电池的电能的技术，由于现有技术已经很成熟，在此不再赘述。蓄电池组13与逆变器及变频器15相连，逆变器用于将蓄电池的直流电逆变为交流电，变频器用于驱动背压调节风机14并调节其转速。能量回收装置对发动机2的影响主要在于发动机排气通过系统中的加热器时会使发动机2的排气背压升高，而排气背压升高会导致发动机活塞将废气推出气缸时的功耗增加，因此设置背压调节风机14可以有效减低并且控制发动机2的背压，运行时，通过检测到的排气压力反馈来调节背压调节风机14的转速从而调节背压在最佳值，同时这种利用蓄电池组13本身的能量来驱动风机的方式有不需要外来的电源的优点。
[0073]低温多级膨胀机8和高温多级透平膨胀机7分别通过高温进汽阀和低温进气阀(图中未示出)来调节各自的进汽量。采用的高温进汽阀和低温进气阀的流量稳定区为30%?100%额定流量，无论是低温换热回路还是高温换热回路，栗的控制和膨胀机的控制，首先通过栗调节工质的流量，实现对工质在膨胀机进口处温度的控制，当流量发生变化时膨胀机必须做出相应的调整来匹配流量，如果膨胀机的运行与流量不匹配，不仅不能维持稳定的蒸发压力，膨胀机的运行也无法保持稳定，同时根据高温进汽阀和低温进汽阀的特性，采用压力调节和速度调节相配合的控制方式:当高温换热回路或低温换热回路循环流量大于30%各自额定流量时，高温进汽阀或低温进汽阀保持全开以避免节流损失，通过调节高温循环栗10或者低温循环栗11的转速来改变膨胀机的出力；当高温换热回路或低温换热回路循环流量小于30%各自额定流量时，由于小流量时的进汽阀的调节特性不稳定，保持高温循环栗10或低温循环栗11转速不变，通过控制高温进汽阀或低温进汽阀的开度来调节膨胀机的出力。
[0074]在此实施例的河道治理船舶中，结构简单实用，能实现污泥的在先清除和储存操作方便，且发动机废气能量可二次利用，节能环保;设计了发动机的尾气回收系统，根据不同温度段的热量回收需求以及介质的蒸发温度和换热特性的不同，在高温段和低温段采用不同的循环介质，从而从整体上提高了系统的换热效率;通过将压力较低的低温循环栗中间抽头引出至回水蒸发器9冷却发动机冷却水的回水，能够在回收发动机尾气废热同时回收冷却水的热量，而且节能效果明显;重新设计了一种适合尾气换热使用的屏式-螺旋换热管，既便于清理，又增加了换热效率;通过将部分的回收能量用来通过逆变器和变频器15驱动背压调节风机14，并且根据排气背压的反馈调节背压调节风机14的转速，在实现无外界电源驱动风机的同时将背压调节和能量回收一体化，大大节省了投资和空间占用；利用高温多级透平膨胀机7的中间级抽汽，这部分的抽汽已经在高温多级透平膨胀机7中经过一段膨胀过程，利用其剩余的热量来加热进入低温多级膨胀机8前的介质R245fa，一方面可以保证R245fa的有效汽化，另一方面可以提高低温膨胀回路的做功效率，避免冷源损失，从而提高能量回收装置的整体效率;低温多级膨胀机8和高温多级透平膨胀机7之间通过联轴器19同轴连接，在系统启动的初期，由于尾气温度较低，低温换热回路中的R245fa先于高温换热回路中的水到达汽化温度，低温多级膨胀机首先启动，同时通过联轴器19带动高温多级透平膨胀机7低速预转动，这样可以有效减小高温多级透平膨胀机7的启动压力，缩短启动时间，在系统停止时，高温多级透平膨胀机7首先惰走减速，同时通过联轴器19带动低温多级膨胀机8减速，以减少低温膨胀机8的惰走时间，由于停止过程中膨胀机内的介质温度还比较高，此时主要起到减小低温多级膨胀机8的鼓风摩擦，防止叶片过热的作用;根据不同的流量工况下进汽阀调节特性和节流损失的考虑，设计了一种转速和进汽阀相结合的控制方式，在减少节流损失的同时保持了调节的稳定性。高温蒸发器5和低温蒸发器6之间的距离L为尾气排气管道总长的2/7，高温多级透平膨胀机7为6级膨胀机，中间级抽汽取自高温多级透平膨胀机7的第3级，热量回收效率提高了6%，取得了意想不到的效果。
[0075]最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
【主权项】
1.一种新型河道治理船舶，其特征是，包括船体、液压机械臂、清理斗、储料仓、螺旋桨和发动机能量回收装置，所述液压机械臂与清理斗相连，设置在船体的前端，用于清除河中的污泥；所述储料仓设置在船体上，用于储存清理上来的污泥；所述螺旋桨通过发动机驱动，发动机能量回收装置用于回收发动机尾气的热量，其包括散热器、发动机、回水蒸发器、高温换热回路、低温换热回路、蓄电池组、逆变器及变频器、背压调节风机;所述散热器与发动机相连，散热器通过冷却水将发动机的热量转移到散热器上，并通过散热器的表面散热；发动机的尾气依次经过背压调节风机、高温蒸发器、低温蒸发器冷却后排至大气； 高温换热回路包括依次相连的高温循环栗、高温蒸发器、高温多级透平膨胀机和高温冷凝器，高温换热回路内流动的介质为水，高温蒸发器安装在背压调节风机后的高温尾气管道上，经高温冷凝器冷却的介质水由高温循环栗打入高温蒸发器内，加热后的介质水随后进入高温多级透平膨胀机做功； 低温换热回路包括依次相连的低温循环栗、低温蒸发器、中间抽汽过热器、低温多级膨胀机和低温冷凝器，低温换热回路内流动的介质是R245f a，低温蒸发器安装在经过高温蒸发器后的低温尾气管道上;经低温冷凝器冷却的介质R245fa由低温循环栗打入低温蒸发器内，加热后的介质水经过中间抽汽过热器加热后进入低温多级膨胀机做功；中间抽汽过热器为管式换热器，加热热源来自高温多级透平膨胀机的中间级抽汽;还包括调节阀，所述调节阀根据中间抽汽过热器后的R245fa温度反馈和高温多级透平膨胀机内的压力反馈，用于调节中间级抽汽的流量，当中间抽汽过热器后的R245f a温度反馈值大于或者小于设定的中间抽汽过热器后的R245fa温度值时，自动关小或者开大调节阀的开度，同时当高温多级透平膨胀机内的压力反馈值小于设定的高温多级透平膨胀机内的压力闭锁值时，自动闭锁调节阀开启，加热后的中间级抽汽回流到高温换热循环回路;高温蒸发器和低温蒸发器之间的距离L为尾气排气管道总长的3/4，高温多级透平膨胀机为3级膨胀机，中间级抽汽取自高温多级透平膨胀机的第2级； 高温蒸发器和低温蒸发器均采用屏式-螺旋换热管，在尾气入口 一侧的前半段采用错列布置的屏式换热管，后半段采用螺旋换热管;所述发动机到散热器的冷却水回水管道上还设置有回水蒸发器，用于回收发动机冷却水回水的热量，其冷却源取自低温循环栗的中间抽头，经加热后的中间抽头出来的R245fa回到中间抽汽过热器的入口处;所述高温蒸发器和低温蒸发器整体设置在圆筒式的换热壳体中，换热壳体由前壳体和后壳体通过螺栓扣合而成，前壳体的长度与屏式换热管的水平长度相同，后壳体的长度与螺旋换热管的水平长度相同；所述屏式换热管上设置有多个振打器，振打器由蓄电池组供电;所述前壳体的底部呈弧形，在弧形底部的最低点处还设置有排污口，用于定期排出屏式换热管上振落的污物； 低温多级膨胀机和高温多级透平膨胀机之间通过联轴器同轴连接，在系统启动初期，低温换热回路中的R245fa先于高温换热回路中的水到达汽化温度，低温多级膨胀机首先启动，同时通过联轴器带动高温多级透平膨胀机低速预转动，起到减小高温多级透平膨胀机的启动压力，缩短启动时间的作用;在系统停止时，高温多级透平膨胀机首先惰走减速，同时通过联轴器带动低温多级膨胀机减速，以减少低温膨胀机的惰走时间，起到减小低温多级膨胀机的鼓风摩擦，防止叶片过热的作用； 还包括蓄电池组、逆变器及变频器，高温多级透平膨胀机的一端与蓄电池组相连，蓄电池组用于储存由膨胀机的动能转化而来的电能；蓄电池组与逆变器及变频器相连，逆变器用于将蓄电池的直流电逆变为交流电，变频器用于驱动背压调节风机并调节其转速;背压调节风机用于减低并控制发动机的背压，运行时通过检测到的排气压力反馈来调节背压调节风机的转速从而调节背压在最佳值。2.根据权利要求1所述的一种新型河道治理船舶，其特征是，所述低温多级膨胀机和高温多级透平膨胀机分别通过高温进汽阀和低温进气阀调节各自的进汽量，采用的高温进汽阀和低温进气阀的流量稳定区为30%?100%额定流量，当高温换热回路或低温换热回路循环流量大于30%各自额定流量时，高温进汽阀或低温进汽阀保持全开以避免节流损失，通过调节高温循环栗或者低温循环栗的转速来改变膨胀机的出力；当高温换热回路或低温换热回路循环流量小于30%各自额定流量时，保持高温循环栗或低温循环栗的转速不变，通过控制高温进汽阀或低温进汽阀的开度来调节膨胀机的出力。
【文档编号】F01K7/38GK105863877SQ201610190026
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】时建华
【申请人】时建华