Меню Рубрики

Двигатель электрической гребной установки

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Студенческий блог для электромеханика. Обучение и практика, новости науки и техники. В помощь студентам и специалистам

07.07.2011

Гребные электрические установки. Особенности электропривода гребных винтов

Кроме механической передачи энергии от главного двигателя к гребному винту, на судах применяется электрическая передача. В этом случае главный двигатель вращает установленный на одном валу с ним электрический генератор. Вырабатываемая им электрическая энергия передается по кабельным сетям к гребному электродвигателю, который соединен непосредственно с гребным винтом. Основной особенностью электропривода гребных винтов является отсутствие жесткой связи между главным двигателем, вращающим генератор, и движителем (винтом), приводимым в движение гребным электродвигателем.

Механическая независимость главного двигателя и движителя создает ряд преимуществ строительного и эксплуатационного характера гребных электрических установок (ГЭУ) по сравнению с механической передачей.

Преимущества ГЭУ строительного характера:

  • возможность применения быстроходных главных двигателей (дизелей, паровых и газовых турбин), меньших по массе и габаритным размерам;
  • более удобное размещение главных агрегатов и гребных электродвигателей на судне;
  • возможность выбора числа и мощности главных двигателей с генераторами электрической энергии независимо от числа гребных электродвигателей, что повышает маневренность, надежность и экономичность судна;
  • меньшие размеры машинного отделения для судовых энергетических установок с быстроходными главными двигателями; кроме экономии площади, достигается и уменьшение высоты машинного отделения, это особенно важно для речных судов с малой осадкой;
  • возможность установки более дешевых и легких нереверсивных главных двигателей, короткого гребного вала, не занимающего своим тоннелем трюмных помещений;
  • возможность выбора оптимальных параметров гребных винтов в целях уменьшения их радиальных размеров, это имеет большое значение для речных судов с малой осадкой;
  • применение двухъякорных гребных электродвигателей, имеющих в одном корпусе два якоря и две магнитные системы, что приводит к уменьшению радиальных размеров двигателя и увеличивает его надежность, так как при аварии одного из якорей можно работать на втором;
  • возможность использования одного главного двигателя для вращения двух или нескольких генераторов, что позволяет питать электрической энергией, кроме гребной установки, электроприводы вспомогательных механизмов и освещение во время хода судна.

Преимущества ГЭУ эксплуатационного характера:

  • возможность работы гребной установки при неполном числе главных генераторов, но при наиболее выгодных технико-экономических показателях, что особенно важно при движении судна с пониженной скоростью и использовании полной мощности отдельных генераторов при всех режимах работы гребных винтов;
  • применение гребных электродвигателей с мягкими механическими характеристиками, развивающих максимальный вращающий момент на гребном валу при минимальной частоте вращения двигателя, что увеличивает маневренность судна (это преимущество особенно ценно для паромов, рейдовых буксиров-толкачей и ледоколов);
  • высокая надежность ГЭУ, так как при повреждении одного из генераторных агрегатов возможна работа всех гребных электродвигателей от остальных;
  • значительная перегрузочная способность электрических двигателей по моменту, что имеет большое значение для безопасности плавания;
  • меньший износ гребного вала и главных двигателей вследствие уменьшения числа реверсов и значительного снижения вибрации корпуса судна;
  • уменьшение расходов на топливо и смазочные материалы при одновременном питании от двух генераторов, вращаемых одним главным двигателем, всех приемников электроэнергии судна;
  • возможность использования главных агрегатов судна на стоянках для питания перегрузочных механизмов и для нужд береговых судоремонтных предприятий.

Существенные недостатки ГЭУ:

  • увеличение обслуживающего персонала, а следовательно, и увеличение эксплуатационных расходов;
  • низкий коэффициент полезного действия установки в целом, что вызвано двойным преобразованием энергии механической в электрическую в генераторе и электрической в механическую в двигателе, а также потерей энергии в соединительных проводах и кабелях; большие масса, габаритные размеры и стоимость ГЭУ.
  • К. п. д. гребной электрической установки, включая все ее звенья от главного двигателя до движителя на 12—18 % ниже, чем при механической передаче.

Однако возможность использования главных двигателей в наиболее экономичном для них режиме при любой скорости хода судна, а также применение нереверсивных двигателей повышают эксплуатационную экономичность судна и до некоторой степени компенсируют низкий к. п. д. гребной установки. Это свойство ГЭУ особенно ярко проявляется у судов, которым по условиям плавания приходится часто изменять режим работы гребных винтов (реверсивность, изменять частоту вращения), поэтому ГЭУ целесообразно применять на рейдовых судах, паромах, ледоколах.

Основными показателями ГЭУ являются мощность, род тока, напряжение, тип главного двигателя, типы генератора и гребного электродвигателя. В соответствии с этими показателями гребные электрические установки могут быть условно подразделены:

  • по роду тока — переменного, постоянного и переменно-постоянного тока;
  • по типу первичного двигателя — дизель-электрические, турбо- электрические и газотурбоэлектрические;
  • по системе управления — с ручным и с автоматическим управлением;
  • по способу соединения гребного электродвигателя с винтом — на установки с прямым Соединением и установки с зубчатым соединением.

В гребных электрических установках переменного и переменно-постоянного тока в качестве главных генераторов применяют синхронные машины, а в качестве гребных электродвигателей — синхронные, асинхронные или постоянного тока. Из-за сложности и неэкономичности регулирования частоты вращения гребных электродвигателей ГЭУ переменного тока применяется редко, в основном на крупных морских судах с большой мощностью установки.

На речных судах наиболее целесообразно применять ГЭУ постоянного или переменно-постоянного тока, у которых значительно проще и экономичнее регулирование частоты вращения электродвигателя.

Преимуществами ГЭУ переменно-постоянного тока по сравнению с ГЭУ постоянного тока являются: высокая надежность и экономичность синхронных генераторов; плавное и экономичное регулирование частоты вращения гребного электродвигателя, управляемого выпрямителем, или изменением напряжения генератора при неуправляемом выпрямителе; возможность питания электроэнергией всех судовых приемников электроэнергии от главных генераторов (единая электростанция переменного тока).

Род тока. Опыт эксплуатации судов с электрическим приводом движителя показал, что при мощности до 5000 кВт целесообразно проектировать ГЭУ с гребными электродвигателями постоянного тока, используя их преимущества: широкий диапазон и экономичность регулирования частоты вращения по сравнению с двигателями переменного тока.

Постоянный ток, необходимый для питания цепей возбуждения электрических машин и цепей управления ГУЭ, получают при этом от специальных генераторов постоянного тока (возбудителей) или путем преобразования переменного тока в постоянный (двигатель-генератор- ные агрегаты, статические полупроводниковые выпрямители).

Напряжение. При выборе напряжения генераторов и электродвигателей ГЭУ исходят из того, что ток в электрических машинах не должен быть слишком большим (обычно не более 1200—1500 А). Однако очень высокие напряжения также опасны для обслуживающего персонала, поэтому правилами Речного Регистра РСФСР установлены следующие предельные значения напряжений для ГЭУ:

  • в силовых цепях: для постоянного тока — 1200 В, для трехфазной системы токов — 7500 В;
  • в цепях управления и сигнализации: для постоянного тока — 220 В, для трехфазной системы токов — 380 В.

Частота. Обычно частоту переменного тока выбирают стандартной — 50 Гц. Однако в некоторых случаях можно применять повышенную частоту. Повышение частоты переменного тока имеет следующие преимущества и недостатки;

  • для синхронных машин — уменьшение габаритных размеров, массы и стоимости, повышение устойчивости параллельной работы, увеличение магнитных потерь, снижение к. п. д.;
  • для асинхронных двигателей — уменьшение габаритных размеров, массы и стоимости, увеличение числа ступеней частоты вращения, возможность повышения ее верхнего предела выше 3000 об/мин, увеличение потерь в стали, существенное ухудшение коэффициента, мощности, уменьшение пускового и максимального моментов.

Первичные двигатели. Использование турбин оправдывается только в энергетических установках большой мощности свыше 5000 кВт. При таких мощностях паровые турбины отличаются высокой частотой вращения, и для привода генераторов необходимы механические редукторы.

На речных судах с ограниченными мощностями силовых установок гурбоэлектрические гребные установки применения не получили.

Применяемые в качестве главных двигателей ГЭУ речных судов дизели снабжают предельными регуляторами, срабатывающими при достижении частоты вращения, равной 112% номинальной, и всережимными регуляторами, позволяющими произвольно изменять ее в пределах 30—105 % номинальной, а также имеют неравномерность вращения, не превышающую 1/125, для возможности устойчивой параллельной работы генераторов.

В ГЭУ используются двухтактные и четырехтактные двигатели внутреннего сгорания с частотой вращения до 1000 об/мин, обычно она составляет 500—750 об/мин.
Число дизельных агрегатов в судовых гребных установках колеблется в пределах от двух до шести. Мощность отдельных двигателей достигает 1500 кВт. Чаще используются двигатели мощностью 500— 1000 кВт.

Электрические машины. Электрические генераторы и двигатели гребных установок ввиду специфических условий их работы должны удовлетворять следующим требованиям:

  • нижняя часть электрической машины, находящаяся под настилом, должна быть водозащищенной; если нижняя часть электрической машины находится в специальном сухом отсеке или защищена от попадания воды водонепроницаемым фундаментом, она может быть каплезащищенной. Во всех случаях следует предусмотреть устройство сигнализации о повышении уровня воды в отсеке;
  • главные двигатели и генераторы нужно устанавливать на общей фундаментной раме или судовом наборе, оси их располагают параллельно диаметральной плоскости судна;
  • при стартерном пуске главных двигателей допускается использование главных генераторов или возбудителей, находящихся на общем валу с дизелями, в качестве электродвигателей;
  • электрические машины должны иметь хорошую вентиляцию.

Вентиляция гребных электродвигателей в связи с их тихоходностью должна быть принудительной. Воздухопровод на выходе из машины снабжают термометром для замера температуры,отходящего воздуха. При повышении температуры электрических машин сверх допустимой следует включать автоматическую звуковую и световую сигнализацию.

Во избежание отсыревания обмоток электрических машин во время их бездействия необходимо иметь подогреватели для поддержания температуры внутри машины на 2—3° выше температуры окружающей среды; для исключения блуждающих токов в корпусах электрических машин один из подшипников изолируют от фундамента.

При последовательном соединении нескольких генераторов, применяемом в гребных электрических установках, общее напряжение установки, равное сумме напряжений отдельных агрегатов, может достичь недопустимого Правилами Речного Регистра РСФСР значения. В таких случаях для уменьшения напряжения при соединении электрических машин выполняют чередование генераторов и двигателей.

Генераторы постоянного тока, работающие в ГЭУ по системе Г—Д, имеют независимое возбуждение и последовательную размагничивающую обмотку для ограничения токов перегрузок и короткого замыкания. При значительных мощностях гребных установок размагничивающие обмотки выполняют на возбудителях главных генераторов.
В гребных установках переменного тока применяют тр’ехфазные синхронные генераторы.
Число электродвигателей в гребной установке зависит от числа движителей: мощность электродвигателей постоянного тока речных судов достигает 1200 кВт. Гребные электродвигатели постоянного тока имеют в большинстве случаев независимое возбуждение. Частота вращения гребных электродвигателей зависит от параметров движителей и колеблется в пределах от 50 (гребное колесо) до 500 об/мин (гребные винты).

Иногда в гребных установках с целью уменьшения габаритных размеров электродвигателя применяют редукторы. Включение редуктора понижает к. п. д. гребной установки на 3—5 %.
В гребных установках переменного тока применяют электродвигатели следующих типов: синхронные с асинхронным пуском; асинхронные с фазным ротором; асинхронные с короткозамкнутым ротором и переключением числа пар полюсов. Синхронные электродвигатели должны легко входить в синхронизм, допускать форсирование возбуждения в периоды пуска и реверса и работу в асинхронном режиме без перегрева при кратковременных перегрузках. Мощность отдельных электродвигателей гребных установок переменного тока составляет 1500—30 000 кВт, частота вращения 250—500 об/мин. Асинхронные электродвигатели применяются редко из-за пониженного к. п. д. Обмотки возбуждения генераторов и электродвигателей в ГЭУ переменного тока получают питание от вращающихся или статических возбудителей.

Цепи возбуждения главных генераторов и гребных электродвигателей переменного тока должны получать питание от разных источников, что связано с необходимостью форсирования возбуждения главных генераторов при пусках и реверсах гребных электродвигателей.
В гребных установках постоянного тока допускается применение возбудителей, насаженных на один вал с главным генератором, так как частота вращения последнего при работе гребной установки во всех режимах остается неизменной. В качестве возбудителей в судовых гребных установках часто используют электромашинные усилители, с помощью которых можно получить желаемые механические характеристики гребных электродвигателей.

Регулирование частоты вращения и торможение гребных электродвигателей в установках постоянного тока осуществляется по системе Г—Д, т. е. изменением тока независимой обмотки возбуждения главного генератора. Эта система обеспечивает плавное регулирование частоты вращения гребного электродвигателя в широких пределах без изменения направления и частоты вращения дизель-генератора, а также динамическое торможение его (при снятом возбуждении генератора).

Гребной электродвигатель реверсируется изменением направления тока в независимой обмотке возбуждения главного генератора.

Частота вращения гребных электродвигателей переменного тока регулируется изменением частоты вращения главных двигателей. Для этого последние снабжают всережимными регуляторами, дающими возможность устанавливать желаемую частоту вращения в пределах 30—100 % номинальной. Серводвигателями регуляторов управляют дистанционно из ходовой рубки. При применении многоскоростных асинхронных электродвигателей используют также способ регулирования частоты вращения изменением числа пар полюсов. Регулирование асинхронных гребных электродвигателей с помощью реостатов не применяют ввиду малой экономичности этого способа.

Процесс реверсирования синхронных гребных электродвигателей состоит из следующих этапов: снижают частоту вращения гребного электродвигателя до минимально возможного значения в результате уменьшения частоты вращения главного двигателя; снимают возбуждение с главного генератора, при этом происходит динамическое торможение возбужденного электродвигателя; электродвигатель переключают на обратное направление вращения, а затем пускают асинхронно в обратную сторону при форсированном возбуждении генератора; после синхронизации гребного электродвигателя снимают форсировку возбуждения генератора; увеличивают частоту вращения гребного двигателя до номинальной, повышая частоту вращения главного двигателя.

Защита главных генераторов и гребных электродвигателей должна обеспечивать своевременное получение звукового и светового сигнала, предупреждающего о нарушении режима работы установки. Автоматическое отключение должно происходить лишь в крайне необходимых аварийных случаях. Поэтому генераторы и электродвигатели ГЭУ защищают от перегрузок и токов короткого замыкания при помощи реле, воздействующих на возбуждение главных генераторов, без размыкания силовой цепи. Устанавливают реле перегрузки и реле короткого замыкания. Применение плавких предохранителей в силовых цепях н цепях возбуждения в качестве защиты не допускается.

Реле перегрузки при срабатывании включает в цепь возбуждения генератора (возбудителя генератора) добавочный резистор, ограничивая тем самым ток в силовой цепи. После прекращения перегрузки реле автоматически шунтирует его, восстанавливая первоначальный ток возбуждения. Реле настраивают на срабатывание при 10%-ной перегрузке.
Реле короткого замыкания разрывает цепь возбуждения генератора при коротком замыкании и перегрузке в 100 %. Возврат реле короткого замыкания выполняют при помощи кнопок, установленных на каждом посту управления.

Если главные генераторы снабжены размагничивающими обмотками, то они, размагничивая генераторы, служат достаточной защитой от перегрузок. В этом случае реле перегрузки и реле короткого замыкания не ставят.

источник

ГРЕБНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ.

1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Р. Е. АЛЕКСЕЕВА» А.Б. ДАРЬЕНКОВ, Г.М. МИРЯСОВ, В.Г. ТИТОВ, М.Н. ОХОТНИКОВ, Д.В. УМЯРОВ ГРЕБНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ. Рекомендовано Ученым советом Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е.Алексеева в качестве учебного пособия для студентов направления Нижний Новгород 204

2 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 6 ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ГЭУ 7 2 ОСНОВНЫЕ КАЧЕСТВА ГРЕБНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК 2 2. Характерные особенности ГЭУ Достоинства ГЭУ Недостатки ГЭУ 6 3 КЛАССИФИКАЦИЯ ГЭУ 8 4 СУДОВЫЕ ДВИЖИТЕЛИ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ 22 5 ПЕРВИЧНЫЕ ДВИГАТЕЛИ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ Дизели Паровые турбины Газовые турбины 55 6 ТОПОЛОГИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ И ОСОБЕННОСТИ ГЭУ РАЗЛИЧНЫХ СУДОВ Состав оборудования и схем ГЭУ Компоновка оборудования ГЭУ Особенности ГЭУ различных судов Условия работы, надежность, живучесть 67 7 ТРЕБОВАНИЯ К ГРЕБНЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ УСТАНОВКАМ Общие положения Определения и пояснения Структура гребных электрических установок (ГЭУ) 7 2

3 7.4 Системы возбуждения Электромагнитная совместимость (ЭМС) ГЭУ Первичные двигатели генераторов ГЭУ Генераторы ГЭУ Распределительные щиты ГЭУ Силовые трансформаторы ГЭУ Полупроводниковые преобразователи ГЭ Фильтрация гармонических составляющих Гребные электрические двигатели (ГЭД) Специальные требования к погружным поворотным гребным электрическим двигателям Системы управления гребными электрическими установками Электрические муфты 90 8 СТРУКТУРЫ СИЛОВЫХ СХЕМ ГЭУ РАЗЛИЧНЫХ СУДОВ Атомный ледокол «Арктика» Дизель-электрические ледоколы типа «Ермак» Паром «Дойчланд» Пассажирское судно на 300 человек Рудовоз-контейнеровоз для Арктики Гребная электрическая установка с пропульсивной системой Азипод Проект МСТ (морской сухогрузный транспорт) ГЭУ морского буксира с единой электроэнергетической системой (ЕЭЭС) Система электродвижения ледокола с ЕЭС 82 3

4 9 ОПТИМИЗАЦИЯ КОНТУРОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГЭУ Общие вопросы оптимизации контура регулирования ГЭУ Оптимизация системы регулирования ГЭУ постоянного тока Двухзонное регулирование скорости гребного двигателя постоянного тока 20 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 29 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 220 4

5 ВВЕДЕНИЕ Гребным электрическим установкам (ГЭУ) в настоящее время всѐ больше уделяется снимания в судостроении из за использования ими компактных первичных двигателей, возможности выбора оптимальных параметров у первичных двигателей и гребных винтов, достаточно широкой стандартизации и унификации отдельных элементов частей установки. Такие преимущества как: упрощение первичных двигателей, уменьшение длины гребных валов, высокая надежность действия и живучесть, возможность расположения машин ГЭУ в различных отсеках судна позволяют говорить об экономичности, широкой автоматизации и дистанционном управлении, удобстве обслуживания и контроля, а также об обеспечении питания вспомогательных судовых электромеханизмов от главных генераторов и подаче электроэнергии на другие потребители. Данное учебное пособие является результатом длительных исследований и анализа ГЭУ на кафедре «Электрооборудование судов» и предназначено для углубленного изучения специалистами по направлению «Электроэнергетика и электротехника» ФАЭ и специалистов, обучающихся на кораблестроительных специальностях, решающих вопросы строительства и эксплуатации корабельных систем. История развития ГЭУ берет свое начало в России с постройки первых в мире судов, предназначенных для перевозки жидкостных грузов в компании Ноббеля. Характеристики движителей, анализ первичных двигателей, особенности ГЭУ различных судов и требования к ним позволют студентам, аспирантам и преподавателям кораблестроительных и электротехнических факультетов, институтов глубже оценить состояние и перспективы развития ГЭУ. Вопросы, рассмотренные в главах 8,9 носят специализированное направление электроэнергетики, но будут интересны для всех специальностей, имеющих отношение к конструированию и строительству ГЭУ. 5

6 ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ГЭУ Электродвижение судов зародилось почти 50 лет назад в России и связано с именем известного ученого академика Б.С. Якоби, который первым осуществил этот вид движения судов. В 834 г. Б.С. Якоби создал первый электродвигатель с непрерывным вращательным движением, а в 838 г. применил для вращения гребных колес лодки изобретенный им двигатель постоянного тока. 3 сентября 838 г. начал ходить по Неве первый в мире электроход. Это был небольшой катер с гребными колесами, приводящимися во вращение электромагнитным двигателем постоянного тока мощностью 0,736 квт. Батарея сначала состояла из 20 элементов Даниэля, а затем из 28 элементов Грова. С 4 пассажирами лодка имела скорость 4 км/ч. Изобретение электрохода было правильно оценено современниками как большое событие. Однако зачаточное состояние электротехники и электромашиностроения России того периода не привело к сколько-нибудь широкому внедрению электродвижения. В х годах прошлого столетия идея электропривода движителей нашла последователей в других странах Европы. Для более удобного регулирования скорости судна независимо от судового двигателя, работающего с большим экономическим эффектом при постоянной частоте вращения, в 893 г. была предложена во Франции электрическая передача от движителя к судовому винту. Подобное судно демонстрировалось на Брюссельском международном конгрессе в 898 г. В начале нового столетия возрождается электродвижение надводных судов в России. В 903 г. она стала родиной нового вида энергетических установок транспортных судов. В Петербурге был создан первый в мире теплоход «Вандал» (корпус постройки Сормовского завода), а в следующем году теплоход «Сармат». Главные дизели были поставлены заводом «Русский дизель». Судно имело водоизмещение 00 т, 3 нереверсивных дизеля мощностью по 83,3 квт, соединенных с генераторами постоянного тока. Установка имела дистанционное управление с ходового мостика. Применение электродвижения на транспортных судах было вызвано стремлением использовать в качестве первичных двигателей дизели, которые в то время строились нереверсивными.. Строительство турбоэлектроходов (до 94 г.). В 907 г. в Германии был построен первый турбоэлектроход. Судно имело машинную установку 6

7 мощностью 885 квт. Благоприятные данные, полученные в результате испытаний опытного электрохода «Юпитер» (США, 93 г.), привели к применению электродвижения на относительно большом числе военных кораблей и судов транспортного флота. Только в США в период с 96 по 927 г. было построено 8 электроходов. Характерным для турбоэлектроходов постройки этого периода (главным образом военных кораблей) являются относительно большая мощность гребной установки и применение асинхронных электродвигателей. Так, суммарная мощность машинных установок 29 турбоэлектроходов, оборудованных фирмой «Дженерал электрик компани», составила квт. Мощность турбоэлектрических установок авианосцев «Ленсингитон» и «Саратога» достигла квт каждой. Гребная установка состояла из 4-х турбогенераторов и восьми гребных асинхронных электродвигателей мощностью по 656 квт. Военные корабли с турбоэлектрическими гребными установками и асинхронными электродвигателями строились в США до 94 г. В турбоэлектрических гребных установках транспортного флота наибольшее распространение получили синхронные гребные электродвигатели. Первое транспортное судно «Сан-Бенито» с одним синхронным электродвигателем мощностью 840 квт было построено в Англии в 98 г. С 98 по 920 г. В Англии было построено еще 0 турбоэлектроходов с общей мощностью на валах квт. Для энергетических установок были использованы синхронные трехфазные генераторы и гребные электродвигатели. Строительство дизель-электроходов (до 94 г.). За период с 927 по 939 г. брутто регистровый тоннаж турбоэлектроходов возрос с до т. Дизель электрические гребные установки имели сравнительно небольшую мощность и ставились преимущественно на судах вспомогательного флота, причем применялся исключительно постоянный ток. Развитию дизель электрических гребных установок на переменном токе длительное время препятствовали трудности, связанные с необходимостью группового синхронного регулирования частоты вращения всех параллельно работающих дизель генераторов, питающих гребной электродвигатель, на всех режимах работы. В 936 г. В Германии был построен крупный дизель-электроход «Вупперталь» (водоизмещение т, скорость 6,4 уз) с дизель-электрической гребной установкой на трехфазном переменном токе. На судне впервые была применена параллельная работа дизель генераторов для питания гребного электродвигателя. Гребная установка состояла из трех дизель генераторов мощностью по 900 ква, напряжением 2200 В при частоте вращения 250 об/мин, главного гребного электродвигателя синхронного типа мощностью 5000 кв-а и вспомогательного асинхронного гребного электродвигателя мощностью 7

8 550 ква. Оба электродвигателя вращали один гребной винт. Установка вполне себя оправдала, и на основании полученного опыта были построены дизель электроходы «Партия» (Россия), «Роберт Лей», «Озорно», «Гуаскарн», «Монсератте», «Стейермарк» и др. Таким образом, развитие электродвижения судов до 94 г. характеризуется: а) разработкой основных вопросов теории, проектирования и конструкции гребных электрических установок постоянного и переменного тока; б) применением электродвижения на судах всех классов (турбоэлектрических гребных установок на судах вспомогательного флота); в) применением на транспортных судах почти исключительно синхронных гребных электродвигателей. Строительство электроходов в период гг. Особенно большое развитие в период второй мировой войны строительство турбоэлектроходов получило в США. Фирма «ДЖИИ» изготовила в 943 г. оборудование для турбоэлектрических установок танкеров общей мощностью квт ( квт — в 942 г.). Турбоэлектрические гребные установки применялись также для средних военных кораблей. При общем увеличении в мировом флоте числа судов с турбинными установками на 88% (в США — на 68%) и при общем увеличении тоннажа судов с турбинными установками на 95% (в США — на 67%) число турбоэлектроходов увеличилось в 2,4 раза, а их тоннаж возрос в,2 раза. Общая мощность 2000 электроходов транспортного и военного флота, построенных и находящихся в постройке в США, по состоянию на 945 г., по данным английской периодической печати, составляла примерно квт. Из них квт приходилось на турбоэлектрические гребные установки. В Европе строительство турбоэлектроходов возобновилось с 944 г. В 945 г. по сравнению с 940 г. в мировом флоте число судов с дизельэлектрическими приводами увеличилось (по неполным данным) в 2,8 раза. Тоннаж судов с дизельными установками соответственно увеличился в 2,06 раза, а тоннаж дизель-электроходов — в,42 раза. Развитие электродвижения судов в СССР в период после 945 года. В советском Союзе было построено и успешно эксплуатируется достаточно много электроходов на постоянном и переменном токе. Гребные электрические установки большинства из них базируются на быстроходных общепромышленных дизелях отечественного производства. Под наблюдением регистра СССР в эксплуатации находится свыше 600 электроходов. Из электроходов, построенных в СССР, следует отметить: серию сухогрузных судов типа «Днепрогэс» (956 г.), суда типа «Амгуэма» (962 г.), крупную серию буксиров типа «Иван Плюсин» (96 г.), суда типа «Атлант» (959 г.), 8

9 серии паромов типа «Советский Азербайджан» (962 г.), типа «Золотой рог» (968г.), типа «Восточный» (95 г.), типа «Сахалин-» (973 г.). В послевоенный период были построены крупные серии судов промыслового флота, в том числе дизель-электроходы типа «Актюбинск» (956 г.), типа «Сибирь» (963 г.), «Севастополь» (959 г.), «Таврия» (959 г.), серия производственных рефрижераторных судов с гребной электрической установкой (ГЭУ) переменного тока с синхронными гребными электродвигателями с головным судном «Зеленодольск» (963 г.), серия промысловых судов типа «Алтай» (969 г.) с ГЭУ переменного тока, крупная серия китобойных судов типа «Мирный», а также пассажирский турбоэлектроход «Абхазия», пассажирский дизель-электроход «Боба-заде», много судов речного флота, научно-исследовательские суда типа «Изумруд» (970 г.), плавкраны типа «Астрахань» (968 г.) и «Богатырь» (97 г.) с ГЭУ переменного тока. С участием советских специалистов на верфях зарубежных стран для СССР были построены и успешно эксплуатируются многие серии электроходов. В их число входят ледоколы серии «Капитан Белоусов» (954 г.); мощные ледоколыэлектроходы с ГЭУ постоянного тока «Москва» (969 г.), «Ленинград» (96 г.), Киев (965 г.), «Мурманск» (968 г.), «Владивосток» (969 г.), «Ермак» (974 г.); сухогрузные суда типа «Лена» (954 г.); промысловые суда типа «Наталья Ковшова» (968 г.) с ГЭУ переменного тока; серия морозильных сейнеров типа «Дружба» (953 г.); зверобойные суда типа «Зверобой» (973 г.), типа «Зея» (969 г.); земснаряды типа «Черное море» (964 г.). Значительный рост электроходостроения в СССР после 945 г. объясняется: а) весьма успешным и быстрым восстановлением и ростом отечественной энергетической промышленности, электромашино- и судостроения; б) крупными достижениями отечественных ученых в разработке теории, методов анализа динамики и расчетов современных и перспективных электроходов; в) успешным решением задач комплексной подготовки кадров. Строительство электроходов с ядерными электрическими установками. Приведенные выше предпосылки позволили в 956 г. В Советском Союзе построить первый в мире ледокол электроход «Ленин» с ядерной энергетической установкой (ЯЭУ). Более четверти века ветеран атомных электроходов успешно работает в сложных условиях Арктического бассейна. В 974 г. вступил в строй атомный ледокол «Леонид Брежнев» с принципиально новой системой электродвижения с ГЭУ тока двойного рода мощностью квт. Высокая степень надежности и функционирования ГЭУ и ЯЭУ, высокая квалификация и самоотверженная работа персонала позволили 9

10 надводный арктический переход с достижением Северного полюса. Строительство уникальной ГЭУ, какой является система электродвижения атомного ледокола «Леонид Брежнев» (и последующих атомных ледоколов «Сибирь» и «Россия»), свидетельствует о больших достижениях советской научной и технической мысли, энергомашиностроения и электроники. Учитывая успехи энергетической промышленности в создании высокоэффективных газовых турбин с весьма малой удельной массой, электромашиностроения в освоении мощных низкочастотных регулируемых электроприводов с синхронными машинами (ожидаемое освоение в ближайшей перспективе мощных электрических машин со сверхпроводниковыми обмотками возбуждения), в промышленном освоении электрохимических генераторов, а также выполненные теоретические исследования и расчетные разработки, можно прогнозировать успешное внедрение принципиально новых систем электродвижения, в настоящее время определились два реальных направления такого рода усовершенствования ГЭУ. Первое направление состоит во внедрении систем электродвижения на переменном токе с полупроводниковыми преобразователями частоты (ППЧ) и гребными двигателями с вентильным принципом управления. В сочетании с парогазовыми высокоэкономичными агрегатами при весьма малых значениях удельных масс они позволяют получить ГЭУ со значением КПД, сопоставимым с КПД установок с прямым приводом. Эти установки не имеют ограничений по мощности. Второе направление заключается в использовании главных генераторов и гребных электродвигателей (ГЭД) со сверхпроводниковыми обмотками возбуждения (синхронные и униполярные машины). Основное достоинство таких ГЭУ состоит не столько в том, что во много раз уменьшаются размеры и масса машины, сколько в том, что применение первичных двигателей с малыми массой и размерами в сочетании с малогабаритными генераторами и ГЭД позволяет принципиально по-новому компоновать электрооборудование в машинном отделении. Например, расположение газотурбогенераторов в кормовой надстройке предельно приближает машинное отделение к кормовой части судна, тем самым значительная часть помещения, занимаемого энергетической установкой, высвобождается для дополнительного приема груза. Решение задачи охраны окружающей среды, особенно на городских, курортных акваториях и в заповедных бассейнах, потребует использования гребных электрических установок с электрохимическими источниками электроэнергии. 0

11 2 ОСНОВНЫЕ КАЧЕСТВА ГРЕБНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК 2. Характерные особенности ГЭУ Гребная электрическая установка (система электродвижения) представляет собой комплекс, состоящий из сочетания первичных двигателей, генераторов, преобразователей, гребных электродвигателей, движителей, аппаратуры управления, регулирования, защиты и блокировки, предназначенный для движения судов. Элементы комплекса электродвижения, находясь во взаимодействии, обеспечивают генерирование, трансформацию, распределение и потребление электроэнергии, поэтому ГЭУ является специальной судовой электроэнергетической системой. Однако, поскольку вся мощность, генерируемая электростанцией ГЭУ, затрачивается на обеспечение вращения движителей, ГЭУ обладает свойствами электропривода. Составные части комплекса электродвижения могут иметь несколько типовых форм: первичный двигатель (паровая или газовая турбина, дизель, газовый двигатель); гребной электродвигатель (постоянного тока, синхронный, асинхронный, синхронно асинхронный); преобразователи (управляемые или неуправляемые выпрямители, полупроводниковые преобразователи частоты); движитель (гребной винт, гребное колесо, гребной ротатор); генератор. Различаются ГЭУ числом гребных валов, главных генераторов, гребных электродвигателей и их взаимной связью. Каждый из этих элементов может иметь различное исполнение, их число в системе может быть различным, при этом возможно весьма большое число сочетаний типов и исполнений элементов системы. Возможность большого числа сочетаний основных элементов системы электродвижения представляет собой благоприятный фактор, позволяющий выполнить ее весьма глубоко, с учетом удовлетворения разнообразных требований по мощности, роду тока, системе регулирования, коэффициенту использования мощности машин, маневренности, безотказности. По сравнению с гребными установками других типов, ГЭУ имеют две следующие характерные особенности: отсутствие жесткой механической связи между валами первичных двигателей и движителей и большое число факторов, влияющих на выбор оптимальных параметров установки. Эти особенности дают возможность при проектировании подавлять отрицательные и усиливать положительные стороны ГЭУ.

12 2.2 Достоинства ГЭУ Достоинства ГЭУ можно подразделить на две основные категории: проектировочного (а также конструктивного) и эксплуатационного характера. Достоинства проектировочного и конструктивного характера. Они обусловливаются возможностью применить быстроходные первичные двигатели и главные генераторы; выбирать оптимальные параметры первичных двигателей и движителей; широко стандартизировать и унифицировать отдельные части установки; упрощать конструкции первичных двигателей, используя их нереверсивные типы; уменьшать длину гребных валов; уменьшать длину главных паропроводов в случае ГЭУ с паропроводными турбинами; широко применять системы контроля и автоматики. Быстроходные первичные двигатели применяют, главным образом, в дизель электрических гребных установках (ГЭУД). Их сравнение проводится с дизельными гребными установками непосредственного соединения (ДГУ). При повышении частоты вращения дизелей, например, со 25 до об/мин относительная масса ДЭГУ уменьшается в 5-7 раз. Возможность выбора оптимальных параметров одновременно первичных двигателей и гребных винтов объясняется следующими обстоятельствами. В турбинных электрических гребных установках (ТЭГУ) отпадает необходимость в турбинах заднего хода, а вместе с тем и опасность так называемого теплового удара, т.е. повышения температуры пара в зоне рабочих лопаток этих турбин, когда они в процессе реверса судна еще продолжают вращаться в направлении вращения переднего хода. Опасность теплового удара, вызывающего резкое увеличение длины лопаток, заставляет часто выбирать пониженные параметры пара в неэлектрифицированных гребных установках и тем снижать эффективность их работы. В дизельных гребных установках, чтобы избежать значительного снижения КПД гребных винтов, приходится нередко выбирать частоту вращения первичных двигателей и винтов компромиссным образом, снижая быстроходность двигателей и увеличивая угловую скорость винтов, что все же приводит к уменьшению КПД винтов. Широкая унификация и стандартизация отдельных частей ГЭУ имеет большое практическое значение, так как производство новых электродвигателей и электрической аппаратуры растет быстрее, чем производство первичных двигателей новых типов. Применение электродвижения позволяет обеспечить большой диапазон мощностей ГЭУ при весьма ограниченном числе типов и размеров первичных двигателей. 2

13 Реверсирование винтов в ГЭУ осуществляется при помощи гребных электродвигателей. Вследствие этого первичные двигатели выбирают нереверсивными. Это упрощение особенно существенно для ТЭГУ, поскольку при этом отпадает необходимость в турбинах заднего хода. Мощность этих турбин составляет 40-50% мощности основных турбин, поэтому при отказе от них упрощается гребная установка и снижается ее масса. Длина гребных валов в ГЭУ особенно часто уменьшается при электрификации турбинных установок, так как в них ГЭД связаны с турбогенераторами лишь электрически и могут быть сдвинуты в корму. Длина гребных валов у электроходов обычно не превышает 5-25% длины судна (в не электрифицированных установках она доходит соответственно до 30-40%). Уменьшение длины главных паропроводов в ТЭГУ обусловливается тем, что отсутствие механической связи между гребными валами и турбинами облегчает решение задачи более близкого их размещения к котельным отделениям. Достоинства эксплуатационного характера. К ним относятся: повышенная надежность и живучесть ГЭУ; широкая возможность дистанционного управления установкой; повышенные маневренные качества ГЭУ; относительная экономичность при работе ее на промежуточных ходах; возможность улучшить использование навигационного времени; удобство управления, обслуживания и контроля; питание общесудовых механизмов от главных генераторов и возможность подачи электроэнергии на береговые объекты и суда. Повышенная надежность действия ГЭУ достигается благодаря спокойным условиями работы первичных двигателей в маневренных режимах, в особенности при реверсах гребных винтов, так как напряженно работают при этом более надежные гребные электродвигатели. Выход из строя одного или даже двух первичных двигателей (как менее выносливых звеньев) снизит скорость судна с ГЭУ всего на 7-3%, а при не электрифицированной гребной двухвальной установке выход из строя двух первичных двигателей приведет к остановке судна. В ТЭГУ число главных генераторных аппаратов не велико от двух до четырех. Однако главные турбины непосредственно не связаны с гребными валами. Это дает возможность питать все гребные электродвигатели от оставшихся в рабочем состоянии главных генераторов, обеспечивая достаточную надежность и живучесть гребной установки. 3

14 В ГЭУ проще, чем в не электрифицированной гребной установке, внедрить дистанционное управление и автоматизацию. При этом обеспечиваются удобство и быстрота управления ею, повышенная надежность эксплуатации судна. Повышение маневренных качеств судна достигается посредством уменьшения времени подготовки необходимого режима и увеличения вращающих моментов на гребных валах. Дистанционным управлением с мостика или из ходовой рубки достигается предельная быстрота управления гребной установкой. При этом исключаются ошибки, вызванные неправильной отработкой команд, переданных в машинное отделение при помощи машинного телеграфа. Из за возможности форсировать вращающие моменты на гребных валах при маневренных режимах электрифицированные установки имеют большие преимущества перед не электрифицированными. Допустимые перегрузки по вращающему моменту у турбин обычно составляют 40-50%, у дизелей — всего 0-5%; перегрузочная же способность асинхронных двигателей может быть доведена до 00-50%, а электродвигателей постоянного тока — до %. При быстротечных реверсах тормозные моменты гребных винтов могут достигать %, т.е. в такие моменты требуется, чтобы гребные двигатели выдерживали перегрузочные моменты до %, что в не электрифицированных установках невозможно. Электроходы при реверсировании гребных винтов с полной скорости хода вперед останавливаются на протяжении длины их корпуса, в то время как суда даже с турбинными гребными установками проходят до полной остановки путь, превышающий их длину в 2-4 раза, а теплоходы — еще большие отрезки пути. Гребная электрическая установка имеет широкий диапазон регулирования частоты вращения гребного винта при неизменной частоте вращения первичного двигателя. Гребная электрическая установка экономична при работе на промежуточных ходах. Отсутствие жесткой механической связи между главными первичными двигателями и гребными валами дает возможность выводить из работы лишние первичные двигатели с их генераторами при снижении скорости судна. Это обстоятельство способствует снижению расхода топлива при промежуточных ходах по сравнению с таковыми при неэлектрифицированных гребных установках. Эффективность использования навигационного времени в практике эксплуатации судов, плавающих в зоне средних широт, имеет чрезвычайно 4

15 большое значение. Ремонт громоздких тихоходных дизелей может затягиваться до 2-2,5 месяца. В случае же применения электродвижения с быстроходными дизелями продолжительность наиболее крупного ремонта агрегатным методом, т.е. с заменой одного дизеля другим, не превышает, как показала практика, 35 ч. Таким образом, при электрификации гребных установок можно повысить число ходовых суток в году примерно на 20%. Удобством управления, обслуживания и контроля ГЭУ значительно превосходят энергетические установки других типов. Этому обстоятельству в большой мере способствуют хорошо отработанные методы автоматического измерения и контроля, применяемые в практике электрических станций. Питание вспомогательных электромеханизмов от шин электродвижения успешно применяется на многих ГЭУ переменного тока. При этом уменьшается расход топлива на вспомогательные нужды благодаря более высокому КПД главных генераторов. В некоторых случаях можно снабжать электроэнергией судовые потребители при стояночных режимах (землечерпалки, землесосы, спасательные и пожарные суда, плавучие краны) от главных генераторов электрохода, а также подавать электроэнергию на другие суда и на береговые объекты во время проведения спасательных работ и других мероприятий и операций. 2.3 Недостатки ГЭУ К основным возможным недостаткам систем электродвижения судов относятся: масса установки; сравнительно низкий КПД; высокая стоимость; потребность в многочисленном обслуживающем персонале и повышенная опасность для него; значительные затраты на ремонт; уязвимость изоляции и вероятность ее повреждения. На первый взгляд может показаться, что перечисленные выше недостатки являются недостатками ограниченного характера, т.е. неотъемлемо присущими этому типу установок. Однако при детальном изучении ГЭУ выявляется неправильность такого представления. В отличие от приведенных в предыдущей главе положительных сторон ГЭУ, которые являются действительно характерными, каждый из недостатков при умелом проектировании и надлежащей эксплуатации ГЭУ может быть в значительной мере скомпенсирован и даже переведен из ряда отрицательных в ряд положительных качеств. Масса каждой ГЭУ в большой мере зависит от массы ее машинной части, в частности, от массы первичных главных двигателей. При электрификации гребных турбинных установок снижение массы обычно не наблюдается, но благодаря отсутствию турбины заднего хода, укорочению длины гребных валов, повышение массы бывает незначительным и составляет от 2 до 0%. 5

16 Коэффициент полезного действия ТЭГУ можно выяснить посредством улучшения параметров пара, отсутствия турбин заднего хода, сокращения длины главных паропроводов и улучшения контроля качества работы установки. В неэлектрифицированных гребных турбинных установках относительный расход пара и топлива обычно с годами эксплуатации увеличивается, в ТЭГУ же он первые 5-6 лет работы часто уменьшается из-за лучшего освоения установки и улучшения контроля. Ряд подсчетов и исследований, произведенных машиностроительными заводами, показывает, что в отношении расхода топлива и общего КПД ТЭГУ имеют преимущества перед неэлектрифицированными турбинными установками начиная с мощности 6000 квт на гребных валах. Снизить расход топлива в ДЭГУ по сравнению с ДГУ при полных скоростях судна более затруднительно и возможно лишь посредством повышения КПД гребных винтов. Провести сравнение стоимости гребных установок различных типов на основании публикуемых данных трудно, так как стоимость оборудования судна зависит от конъюнктурных условий. Практика показала, что благодаря дистанционному управлению ГЭУ и большой свободе передвижения обслуживающего персонала его численность не превышает численности обслуживающего персонала на судах с неэлектрифицированными гребными установками. Зафиксировано много случаев, когда при модернизации судов и замене их неэлектрифицированных гребных установок электрифицированными на них остается прежний обслуживающий машинное отделение персонал. Расходы на ремонт за длительный срок эксплуатации (9- лет) ГЭУ ниже обычных по нормативам для неэлектрифицированных установок в 4-20 раз. Изоляция, применяемая в ГЭУ, доведена до высокой степени совершенства и вполне обеспечивает повышенные требования к живучести этих систем. Современная изоляционная техника обеспечивает более чем Достаточный запас диэлектрической прочности изоляции для того диапазона напряжений, который применяется в ГЭУ. 6

17 3 КЛАССИФИКАЦИЯ ГЭУ Весьма большое разнообразие типов и систем ГЭУ не позволяет дать их строгую классификацию. Однако по некоторым наиболее существенным признакам все электроходы могут быть классифицированы следующим образом. По назначению гребные электрические установки могут быть подразделены на: — главные; — вспомогательные; — комбинированные. Если система электродвижения используется в качестве основной движительной установки, то ГЭУ относятся к категории главных. Наибольшее распространение такие установки нашли на судах вспомогательного флота прежде всего на ледоколах, паромах, буксирах и плавучих кранах. Главными системами электродвижения оснащены ледоколы «Леонид Брежнев», «Сибирь», «Ленин», «Москва» и все остальные ледоколы, включая первые, находящиеся в эксплуатации морского флота; серия паромов типа «Сахалин»; серия паромов типа «Советский Азербайджан»; серия буксиров типа «Атлант»; весьма большая серия китобойных судов; рефрижераторных и других судов промыслового флота. Электродвижение как основной тип движительной установки использовано на пассажирских судах «Россия», «Абхазия», «Балтика». Большую группу составляют вспомогательные системы электродвижения К ним относятся, в частности, различные подруливающие устройства, которые применяются на судах большого водоизмещения. В качестве движителей подруливающих устройств используются вспомогательные гребные винты, крыльчатые или водометные движители, размещенные как в носовой, так и в кормовой оконечностях судна. К подруливающим устройствам относятся также активные рули. Комбинированные гребные установки имеют две системы привода гребных винтов: механическую и электрическую. Последняя предназначена для увеличения мощности на гребном валу при одновременной работе главных и вспомогательных двигателей или используется для получения малых скоростей, которые могут быть обеспечены главными двигателями. Как правило, основной является электрическая передача от первичного двигателя к движителю. Комбинированные гребные установки используются также для создания режима форсирования мощности на движителях одновременной 7

18 работой на гребной вал первичного двигателя и вспомогательных генераторов. Гребной электродвигатель в этих установках может быть использован в качестве валогенератора для питания судовых потребителей. Особое положение занимают гребные установки с электромагнитными муфтами постоянного и переменного тока. Муфта предназначена для мягкого сцепления вала двигателя с валом гребного винта. Муфты переменного тока позволяют также редуцировать частоту вращения теплового дизеля и изменять направление вращения гребного винта. По типу первичного источника энергии ГЭУ могут быть разделены на: — ГЭУ с тепловыми движителями (дизели, паровые и газовые турбины); — на установки со статическими источниками электроэнергии (аккумуляторные батареи и электрохимические генераторы). В дизель-электрических гребных установках первичными источниками энергии служат дизели, имеющие наиболее высокий КПД среди тепловых двигателей. Обычно используются высокооборотные дизели с частотой вращения об/мин, с мощностью в агрегате до 8000 квт. Увеличение частоты вращения улучшает массогабаритные характеристики дизель-генераторного агрегата, но одновременно снижает его моторесурс. На ледоколах типа «Москва», «Ермак», «Капитан Сорокин» использованы среднегабаритные дизели с частотой вращения до 500 об/мин. Поскольку реверс гребного винта в ГЭУ осуществляется изменением направления вращения ГЭД, применяются нереверсивные дизели, что способствует увеличению их моторесурса. В турбоэлектрических гребных установках первичным двигателем служит турбина (а первичным источником энергии, т.е. источником пара для турбины, — паровой котел). Если в качестве первичного двигателя используется газовая турбина, то гребная установка носит название турбоэлектрической (ГТЭГУ). Обычно используются турбины с частотой вращения об/мин. Единичная мощность турбогенератора может достигать квт. Коэффициент полезного действия паровых турбин (с учетом котельной установки) ниже, чем двигателей внутреннего сгорания. Газовые турбины по сравнению с паровыми имеют меньшие размеры, большие КПД и экономичность. В установках с газовыми турбинами отпадает необходимость применения котельной установки. Турбины, используемые в системах ГЭУ, — нереверсивные, поэтому (по сравнению с турбоустановками прямого привода гребных винтов) в ГЭУ не нужны турбины заднего хода. Первичный двигатель выбирают с учетом требований, применяемых к конкретному судну, к живучести, автономности установки, КПД, 8

19 массогабаритных характеристик. В общем случае для ГЭУ малой мощности в качестве первичных двигателей целесообразно применять дизели, для ГЭУ большой мощности — турбины. По роду тока главной цепи установки бывают: — постоянного; — переменного; — двойного рода тока. Гребные электрические установки постоянного тока имеют в своем составе главные генераторы и гребные электродвигатели постоянного тока, которые обычно соединяются по схеме «генератор двигатель» (Г-Д). Они чаще всего находят применение на судах, к которым предъявляют требования повышенной маневренности (плавное регулирование частоты вращения винта в широком диапазоне, частые и глубокие изменения момента, быстрые и многократные реверсы). К таким судам относятся ледоколы, буксиры, паромы, плавкраны, транспортные суда ледового плавания. Гребные электрические установки постоянного тока могут быть подразделены на: — установки с регулируемым; — нерегулируемым напряжением; — на ГЭУ неизменного тока. Наиболее распространены ГЭУ с регулируемым напряжением. В этих установках управление частотой вращения ГЭД может осуществляться изменением либо напряжения генераторов при неизменном потоке возбуждения ГЭД, либо напряжения генераторов и потока возбуждения ГЭД. Реверс винта производится изменением полярности возбуждения ГЭД, или полярности генераторов. В ГЭУ переменного тока используются синхронные генераторы и ГЭД переменного тока (синхронные или асинхронные). Эти установки нашли применение на судах, на которых не требуются частые реверсы гребного винта, плавное изменение частоты вращения гребного вала в широком диапазоне и специальные характеристики электропривода движителя (транспортные, пассажирские, рефрижераторные суда). Управление частотой вращения ГЭД осуществляется переключением числа полюсов, изменением частоты подводимого к статору напряжения или каскадным соединением ГЭД. Если регулирование частоты питающего напряжения осуществляется изменением частоты вращения первичного двигателя (ПД), последний должен быть снабжен регулятором, обеспечивающим регулирование в требуемом диапазоне. 9

20 К гребным установкам переменного тока также относятся системы электродвижения, в которых в качестве генераторов и ГЭД использованы машины переменного тока, но изменение частоты вращения ГЭД и его реверс осуществляется полупроводниковыми преобразователями частоты (ППЧ) при неизменной частоте вращения ПД; при этом система управления первичными двигателями значительно упрощается. В ГЭУ переменного тока с преобразователями частоты возможно регулирование частоты вращения ГЭД в широком диапазоне и исключена возможность выпадения ГЭД из синхронизма. В ГЭУ двойного тока (переменно постоянного, когда в качестве генераторов используются синхронные машины, а в качестве ГЭД — машины постоянного тока, и постоянно-переменного тока, когда в качестве источника электроэнергии используются аккумуляторные батареи или электрохимические генераторы, а в качестве ГЭД -синхронные или асинхронные машины) преобразование переменного тока в постоянный производится вентильными управляемыми (УВП) или неуправляемыми (НВП) преобразователями. Электрические машины и выпрямители соединяются по схеме «генератор вентильный преобразователь гребной электродвигатель» (Г ВП ГЭД). Управление частотой вращения ГЭД осуществляется изменением напряжения генераторов (в случае неуправляемых вентилей) или регулированием напряжения на выходе управляемого преобразователя при неизменном значении напряжения генераторов; поток возбуждения ГЭД может быть неизменным или регулируемым. Реверс винта осуществляется изменением направления тока возбуждения ГЭД. Достоинства ГЭУ переменного тока особенно ярко проявляются в установках большой мощности с высокооборотными первичными двигателями. По типу движителей ГЭУ делятся на: — установки, работающие на винт; — крыльчатые движители; — подруливающие устройства. Системы электродвижения могут быть классифицированы и по другим признакам: системам возбуждения, управления и т.п. 20

Читайте также:  Установка реле блокировки двигателя сигнализации

21 4 СУДОВЫЕ ДВИЖИТЕЛИ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ Сопротивление движению судна. При движении корпус судна испытывает сопротивление силой R, которая слагается из сил сопротивления трения R f, вихревого сопротивления R e, волнового сопротивления R w и воздушного сопротивления R B. Первые три слагаемых обусловлены вязкостью воды и зависят от скорости судна, плотности воды и площади смоченной поверхности корпуса. Сопротивление трения обусловлено трением корпуса о воду. Вихревое сопротивление (сопротивление формы) вызвано образованием вихрей в пограничном слое воды из-за изменения относительной скорости частиц воды по длине корпуса (их относительная скорость у миделя выше, чем в оконечностях). Волновое сопротивление обусловлено тем, что при движении судно образует волны, на создание которых расходуется энергия. Воздушное сопротивление создается тормозящим действием воздушного потока, обтекающего надводную часть судна, и зависит от скорости ветра и площади парусной поверхности надводной части судна. Полное, или буксировочное, сопротивление движению судна R R R R R (4.) f e w Для тихоходных судов (2-3 уз) отдельные слагаемые составляют (в долях от полного сопротивления): Для быстроходных судов (25-27 уз): BR B R f ; R e ; R w ; BR R f ; R e ; wr ; Движители. Назначением движителя является создание за счет энергии первичного двигателя силы тяги (упора винта), которая приложена к корпусу судна и вызывает его движение. На большинстве современных судов с ГЭУ Применяются лопастные вращающиеся гидравлические движители реактивного типа крыльчатые движители и гребные винты. Сила тяги у них создается лопастями, которые при вращении движителя отбрасывают массы воды в сторону, противоположную движению судна, и передают реакцию этих масс упорному подшипнику. 2

22 Лопастные движители различают расположением оси вращения относительно диаметральной плоскости (ДП) судна, а также формой, расположением и количеством лопастей. Крыльчатый движителъ (рисунок 4. а) вращается вокруг вертикальной оси и представляет собой горизонтальный диск, по окружности которого располагаются три — семь вертикальных лопастей. При вращении движителя лопасти специальным приводом разворачиваются вокруг своих вертикальных осей так, чтобы все лопасти создавали суммарную тягу, направленную в сторону движения судна. КПД крыльчатого движителя 55-70%. Гребной винт (рисунок 4. б) вращается вокруг горизонтальной оси, расположенной вдоль ДП, и состоит из двух — шести лопастей, размещенных по окружности ступицы (основания) винта. У гребных винтов фиксированного шага (ВФШ) лопасти неподвижны относительно ступицы. У винтов регулируемого шага (ВРШ) лопасти поворачиваются специальным приводом вокруг радиальных осей; угол поворота их определяется требуемой скоростью и направлением движения судна. КПД гребного винта 60-70%. По сравнению с другими движителями гребной винт имеет меньший габарит, более высокий КПД и может применяться при значительной мощности гребной установки. Поэтому на большинстве судов в качестве движителей применяются гребные винты. Рис 4. Расположение лопастных гидравлических движителей Сведения о работе гребного винта. Рассмотрим работу изолированного гребного винта в свободной воде. Если гребной винт рассечь соосным с ним цилиндром с радиусом г, получим сочетание лопасти I — I (рисунок 4.2, а). Стенка лопасти, обращенная в нос судна, называется засасывающей (7), обращенная в корму — нагнетающей (2). Сечение I — I образует с основанием цилиндра шаговый угол. При вращении без проскальзывания 22

23 каждая точка этого сечения за один оборот винта опишет на поверхности цилиндра винтовую линию и переместится в осевом направлении на геометрический шаг винтовой линии Н. Развернув винтовую линию на плоскость (рисунок. 4.2, б), получим шаговый треугольник ОСD с основанием ОD = 2π r и высотой DС = Н. При вращении винта в воде имеет место скольжение, которое является необходимым условием работы — за один оборот винт проходит в своем направлении расстояние h B, называемое поступью (h B 24 e he e D n D e e e, (4.4) где n e частота вращения винта; D e диаметр винта. Угол СОЕ между набегающим потоком и элементом лопасти (направлением геометрической винтовой линии) называют углом атаки а k. Профили сечений лопасти построены так, что при обтекании их потоком под углом атаки а k на нагнетающей стенке возникает повышенное давление, а на засасывающей — пониженное. Равнодействующая этих сил для каждого участка лопасти создает элементарную подъемную силу Y, перпендикулярно к направлению набегающего потока. Сечение лопасти оказывает обтекающему ее потоку профильное сопротивление Х. Каждая из сил Y и Х раскладывается на две взаимно перпендикулярные составляющие, одна из которых совпадает с направлением движения винта ( Р y и Р x ), а другая противоположна направлению вращения винта ( Q y и Q x ). Сумма сил Р y и Р x является упором, а сумма сил Q y и Q x — силой сопротивления вращающегося элемента гребного винта. Сумма элементарных сил для всех сечений лопастей гребного винта с учетом плеча приложения силы равна соответственно упору гребного винта Р и моменту сопротивления вращающего момента М е. Эти величины зависят от плотности воды ρ, частоты вращения винта n e и его диаметра D e : P ; 4 4 ne De 2 5 M e 2 ne De (4.5) где К и К 2 — соответственно безразмерные коэффициенты упора и момента, зависящие от конструктивного исполнения и геометрических размеров винта. КПД гребного винта n e отношение полезной мощности (произведение упора на скорость перемещения винта) к полной мощности, затрачиваемой на вращение винта: vp e e 2nM 22 n e. (4.6) e e 24

25 Рисунок 4.3 КПД винта Эффективность работы винта на разных режимах (при разной поступи) характеризуется кривыми действия винта (рисунок 4.3) графиками изменения коэффициентов упора К и К 2 в зависимости от относительной поступи λ в (иногда от скольжения s). Обычно вместе с этими графиками приводится кривая изменения КПД η B =f( B ). Кривые действия винта получают экспериментально: винт, вращающийся с неизменной частотой п в, принудительно перемещают с различной осевой скоростью B и таким образом получают различную относительную поступь λ в (скольжение s). Рассмотрим характерные режимы работы винта, которые можно получить при этом эксперименте. При поступи h в = 0 (работа в швартовом режиме) относительная поступь λ в = 0, скольжение s=, упор Р и момент М B имеют максимальные значения. При поступи h в = Н скольжение s = 0, угол атаки а k становится отрицательным, упор Р = 0, а момент положителен; момент сопротивления вращению винта равен профильному сопротивлению Х. Поступь Н при которой упор равен нулю, называется шагом нулевого упора. В области 0 Н 2 гребной винт работает в режиме гидротурбины (момент и упор отрицательны). Создается за счет энергии набегающего потока отрицательный упор, винт развивает момент, направленный в сторону его вращения. 25

26 Работа гребного винта вблизи корпуса судна характеризуется их взаимным влиянием и сопровождается возникновением попутного потока и засасывания воды. Благодаря вязкости воды за судном возникает попутный поток — увлекаемая корпусом струя, которая движется в направлении движения судна, но с меньшей скоростью. Из-за этого явления происходит изменение коэффициентов упора К и момента К 2 при работе винта за корпусом, что сказывается на КПД гребного винта. Работающий в кормовой оконечности судна винт подсасывает воду, что приводит к понижению давления в районе кормовой оконечности и связанному с этим увеличению сопротивления движению судна. При установившемся движении упор винта Р затрачивается на преодоление сопротивления корпуса R и силы засасывания. Полное, или буксировочное, сопротивление R уравновешивается полезной тягой винта Р е (Р е 27 при ходе в свободной воде с уменьшенной осадкой; 2 при ходе в свободной воде с номинальной осадкой (с грузом); 3 буксировочная (при ходе судна с взломом или во льдах); 4 швартовая (при работающих винтах и неподвижном судне); 5 ледовая (при вращении винта в мелком льду, шуге, «ледяной каше» и т.п., что увеличивает момент сопротивления); 6 реверсивные характеристики; 7 реальная реверсивная характеристика, учитывающая изменение скорости судна во время реверса. Рисунок 4.4 Характеристики гребного винта Эти характеристики получают экспериментальным путем или расчетом по данным гребного винта. Для конкретного судна характеристики винта не являются постоянными, а могут в зависимости от осадки и условий плавания изменяться в диапазоне от характеристики хода в свободной воде при водоизмещении в порожнем состоянии до ледовой характеристики. Основные параметры движительного комплекса определяют следующим образом. Для ледоколов моменты находят по швартовой характеристике 4 и ледовой характеристике 5, частоту вращения — по швартовой характеристике 4 и характеристике хода в свободной воде 2. Для буксиров эти параметры определяют по буксировочной характеристике 3. для остальных судов — ход в свободной воде (при номинальной осадке). 27

28 Характеристики винта могут быть получены в относительных единицах; в этом случае за номинальный режим принимают для ледоколов и буксиров работу на швартовой характеристике, для остальных судов — ход в свободной воде (при номинальной осадке). Рисунок 4.5 Характеристики винтов (швартовые и при ходе в свободной воде) На рисунке 4.5 приведены построенные в относительных единицах характеристики (швартовые и при ходе в свободной воде) винта ледокольно-транспортного судна типа «Амгуэма» (кривые и ‘), кормового винта портового ледокола типа «Василий Прончищев» (кривые 2 и 2′) и бортового винта ледокола «Москва» (кривые 3 и 3’). Реверсивная характеристика винта — это зависимость момента сопротивления М В от частоты вращения гребного винта при изменении направления его вращения на противоположное (во время реверса). Расчетная реверсивная характеристика строится при неизменной скорости движения судна ν с в первоначальном направлении, поскольку время реверса гребного винта, по крайней мере, на порядок меньше времени реверса судна. Вид реверсивных характеристик гребного винта для разных значений первоначальной скорости судна ν с приведен на рисунке 4.4 (кривые 6). Точка А соответствует ходу судна в свободной воде с номинальной скоростью n B.H и номинальной частоте вращения гребного винта n B.H. После прекращения подачи энергии к ГЭД частота его вращения быстро 28

29 снижается до значения (0,6-0,75) n B.H, соответствующего шагу нулевого момента (точка В). За счет энергии набегающего потока гребной винт продолжает вращаться в ту же сторону и на участке ВСD сам развивает вращающий момент (отрицательный момент сопротивления), работая в режиме гидротурбины; максимальное значение момента (до 0,9 М BH ) достигается при частоте вращения около 0,35 n B.H (точка С). Для остановки винта необходимо, чтобы привод развивал тормозной момент (отрицательный вращающий момент), больший, чем вращающий момент винта. Под действием вращающего момента винт затормаживается (в точке В п В = 0 при моменте около 0,4 М ВН ) и начинает разворачиваться в противоположном направлении (участок DЕ), создавая эффективное торможение движению судна в режиме гидравлического тормоза. Под действием вращающегося в противоположную сторону винта судно остановится и затем начнет разгон задним ходом. Как правило, на заднем ходу частота вращения гребного винта при номинальном моменте меньше, чем на переднем ходу, из-за возрастания сопротивления движению судна. Реальная реверсивная характеристика, учитывающая изменения скорости судна во время реверса, имеет вид 7 на рисунке 4.4. При реверсе в швартовом режиме (ν с = 0) исключается работа винта в режиме гидротурбины, и реверсирование происходит по симметричной кривой, проходящей через начало координат. Маневренные качества судна определяются следующими характеристиками: а) временем реверса (торможения) винта — временем от момента начала перекладки рукоятки поста управления (ПУ) ГЭД до момента начала вращения гребного винта в обратную сторону; б) временем пуска ГЭД в заданном направлении; в) временем выбега судна — временем от момента начала перекладки рукоятки ПУ до полной остановки судна; г) путем выбега (или выбегом) — расстоянием, проходимым судном за время выбега; д) поворотливостью судна — способностью быстро изменять направление движения вплоть до разворота на одном месте; е) способностью быстро изменять и сохранять неизменной скорость движения при резких изменениях сопротивления движению судна. Винты регулируемого шага. Гребной винт регулируемого шага (ВРШ) имеет внутри полой ступицы механизм (обычно с гидравлическим приводом) для поворота лопастей, т.е. для изменения шага (изменения угла атаки а k ). ВРШ обеспечивают использование мощности двигателей при номинальной 29

30 частоте вращения в любом режиме работы судка. Это достигается тем, что соответствующие изменения шагового отношения Н/D (изменением угла установки лопастей) в различных режимах поддерживается К 2 =сопst, а значит, при п B = п BH = соnst и момент М B = соnst. С точки зрения гидродинамики действия ВРШ на заданном шаге практически не отличается от действия винта фиксированного шага (ВФШ) с таким же шагом. При нулевом шаге мощность, требуемая для вращения винта, может составлять около 0% номинальной мощности привода. Применение ВРШ обеспечивает изменение скорости и направления движения судна при достаточно плавном регулировании величины шага, использование полной мощности нереверсивных приводных двигателей в диапазоне от характеристики хода в свободной воде до швартовой и выбор наиболее выгодного режима работы судна при наибольшем КПД установки. Однако ВРШ по сравнению с ВФШ отличаются конструктивной сложностью винта и валопривода, увеличенными диаметром и длиной ступицы, повышенной стоимостью. В ГЭУ целесообразно применять ВРШ в сочетании с синхронными ГЭД, работающими с постоянной частотой вращения. 4. Крыльчатый движитель Крыльчатый движитель представляет собой круглую вращающуюся платформу, расположенную заподлицо с днищем судна. По окружности этой платформы, перпендикулярно к ее плоскости, размещены крылья лопасти (от четырех до восьми). Кинематика механизма движителя такова, что при вращении платформы вместе с лопастями последние непрерывно поворачиваются вокруг своих осей. При простейшей (классической) схеме движителя угол между хордой каждой лопасти и направлением на фиксированную точку N платформы, называемую полюсом движителя, сохраняется постоянным. 30

31 Рисунок 4.6 Крыльчатый движитель Рисунок 4.7- Пример расположения крыльчатого движителя на судне По желанию судоводителя полюс может в определенных пределах перемещаться в плоскости платформы, меняя направление и интенсив- 3

32 ность струи, отбрасываемой движителем (рисунок 4.8). Перемещение полюса N в направлении, нормальном к диаметральной плоскости судна, определяющее так называемый эксцентриситет движителя, эквивалентно изменению шага гребного винта. Эксцентриситет измеряется величиной: λ = l П /D, (4.9) где l П отстояние полюса от центра платформы; D диаметр окружности, на которой размещаются лопасти. Совпадение полюса с центром платформы (λ = 0) соответствует нулевому шаговому отношению P/D = 0, перемещение полюса в одну сторону от ДП (λ, >0) увеличению шагового отношения (P/D>0), перемещение в другую сторону работе на задний ход (P/D 33 гидродинамический коэффициент упора k T = 2T/p π 2 D 3 ln 2 ; (4.) гидродинамический коэффициент момента k Q = 2Q/pπ 2 D 4 ln 2, (4.2) а также общепринятый коэффициент нагрузки движителя по упору σ Т = = 2Т / р v 2 A А 0. (4.3) Поскольку крыльчатый движитель представляет собой конструкцию, симметричную относительно вертикальной оси, проходящей через центр платформы, перемещение полюса в любую точку, не лежащую на перпендикулярном к диаметральной плоскости диаметре, вызывает соответствующее отклонение струи ДРК от этой плоскости. В условиях швартовного режима угол отклонения струи, очевидно, равен углу поворота прямой, соединяющей полюс N с центром платформы О, и угол отклонения струи б* равен углу перекладки (углу перемещения полюса) б. В ходовых режимах б* = б. Это допущение не является строгим, особенно для малых нагрузок, так как крыльчатый движитель не имеет специального направляющего аппарата для формирования выбрасываемой струи. Однако это допущение является необходимым для анализа и последующего представления гидродинамических характеристик крыльчатого движителя как ДРК, работающего с отклоняемой струей. Лопасти крыльчатого движителя при вращении диска совершают два движения одновременно: вращаются вместе с диском вокруг его оси, и каждая лопасть поворачивается вокруг своей вертикальной оси то в одну, то в другую сторону, не делая полного поворота. Благодаря этому при вращении диска вокруг своей оси каждая лопасть движителя поворачивается своей передней кромкой наружу в одной половине окружности вращения и внутрь — во второй половине окружности. Так как лопасть перемещается в воде всѐ время одной и той же кромкой вперѐд, для создания большей силы упора и большей обтекаемости ее делают в форме авиационного крыла. Именно поэтому движитель и называют крыльчатым. Чтобы лопасти перемещались в воде все время одной и той же кромкой вперѐд, все лопасти крыльчатого движителя соединены тягой с одной точкой, так называемой точкой управления N. Каждая лопасть всегда расположена перпендикулярно к линии, соединяющей точку N и ось лопасти. Чтобы понять принцип работы лопастей движителя, вполне достаточно привести следующую упрощѐнную схему (рисунок 4.9). 33

34 Рисунок Принцип работы лопастей движителя Рисунок Путь лопасти При вращении диска движителя лопасть входит в воду под каким-то углом к касательной к данной точке окружности диска, и на нее будет давить вода с силой R, которую по правилам параллелограмма сил можно разложить на две составляющих силы (рисунок 4.9, I): P — силу упора лопасти, направленную наружу от центра диска, и W — силу лобового сопротивления лопасти. Направление отбрасываемой движителем струи воды противоположно силе упора. В точке III (рисунок 4.9) создастся аналогичное положение, только угол атаки лопасти будет отрицательным, а поэтому сила упора будет направлена к центру движителя О и будет складываться с силой упора первой лопасти, создавая полный упор движителя, двигающий судно и всегда направленный перпендикулярно отрезку ОN. В точках (рисунок 4.9,II и IV) плоскости лопасти будут 34

35 расположены параллельно касательной к окружности диска и не создадут силы упора. Точку управления N с помощью специального устройства можно установить в любое положение по отношению к центру диска движителя О, изменяя этим самым направление отбрасываемой движителем струи воды, а следовательно, и упора движителя. Если поставить точку N над центром движителя О (рисунок 4., I), то плоскости всех лопастей будут расположены параллельно касательным к окружности диска, проведѐнным в точках, где проходят оси лопастей. Сила упора в этом случае равна нулю, и, несмотря на то, что диск движителя будет вращаться, судно не сдвинется с места. Переместив точку N влево от центра О (рисунок 4., II), мы даѐм судну передний ход, переместив вправо (рисунок 4., IV) — задний ход, а переместив точку N вперѐд от центра движителя, мы заставим корму судна двигаться вправо (рисунок 4., III) и т. д. Благодаря этому судно с крыльчатым движителем может двигаться вперед и назад и изменять направление своего движения, не имея руля, а если поставить на судно два движителя, то оно сможет перемещаться даже боком. Рисунок 4. Работа лопастей крыльчатого движителя Внимательно рассматривая рисунок 4., можно заметить, что движитель все время вращается в одну и ту же сторону, а судно перемещается в разные стороны. Пользуясь этим свойством движителя, на судах можно устанавливать более простые двигатели — нереверсивные, то есть не меняющие направления вращения. Такие двигатели легче по весу по сравнению с реверсивными, проще по устройству и уходу за ними и значительно дешевле реверсивных. 35

36 Однако у крыльчатых движителей имеются и недостатки, основным из которых является сложность передачи вращения от двигателя к движителю, благодаря чему двигатели больших мощностей (свыше 5000 л. с.) с крыльчатыми движителями использовать нельзя, а это ограничивает размеры судов, на которых такие движители применяются. Тем не менее основные свойства судов с крыльчатыми движителями — возможность иметь боковой ход, поворачиваться на месте, быстро изменять направление движения — делают такие суда незаменимыми при плавании в «узкостях»: в каналах, на реках и в портах. Крыльчатые движители с успехом применяют на речных пассажирских судах, на портовых кранах и буксирах; производятся эксперименты по применению крыльчатых движителей на рыболовных траулерах. На судах крыльчатые движители устанавливаются в местах, которые наиболее удобны для данного типа судна. На пассажирских судах движители устанавливаются в корме, на буксирах — в корме или в носу, на портовых кранах — посередине корпуса. За образец модели судна с крыльчатым движителем можно взять буксир с движителем, установленным в носовой части судна. Такой буксир (теоретический чертеж его приведен на рис. 4) длиной 24,6 м, шириной 7,6 м имел осадку 3 м (с лопастями движителя 3,8 м) и развивал скорость 0,3 узла (9,9 км/час) при мощности двигателя 552 кет (750 л. с.) с 320 об/мин; число оборотов движителя составляло 65 в минуту, а его диаметр — 3,66 м. Рисунок Буксир с движителем, установленным в носовой части судна 36

37 Величина полного упора движители T выражается формулой: T=F D 2 n 2, где: F — общая площадь лопастей, D — диаметр ротора движителя, n — число оборотов движителя. Отсюда видно, что наиболее выгодно принимать возможно больший диаметр ротора, так как с его увеличением растѐт и площадь лопастей. Например, на буксире, приведѐнном на рисунке 4.2, диаметр ротора движителя равен почти половине ширины буксира. 4.2 Подруливающие устройства Подруливающее устройство — (ПУ) является одним из наиболее распространенных вспомогательных средств управления судном. Оно представляет собой автономную систему, независимую от главных двигателей, размещенную в корпусе судна и создающую поперечную силу (тягу ПУ) путем засасывания забортной воды и выбрасывания ее в поперечном по отношению к ДП судна направлении. Подруливающее устройство предназначается для управления судном в условиях, в которых эффективность основных. средств управления оказывается недостаточной. Подруливающее устройство должно обеспечивать маневрирование судна, не имеющего хода, при швартовных операциях, при отходе от стенки, при развороте в условиях ветра и течения, оно должно способствовать маневрированию судна на малых ходах при самостоятельном движении на акваториях портов, при различных ограничениях фарватера, в узкостях и т. п. Величина тяги, т. ѐ. полной поперечной силы, развиваемой ПУ, при проектировании судна задается из условия обеспечения ряда общих, а также специфических для данного судна операций. В качестве примера одной из таких операций может служить швартовка судна или отход его от стенки при ветре или разворот судна на месте в отсутствие ветра. Общим конструктивным признаком всех типов ПУ является наличие поперечного канала в корпусе судна и встроенного в него импеллера или насоса. По месту расположения на судне различают носовые ПУ и кормовые ПУ (КПУ) (рисунок 4.3). Для увеличения действующего на судно вращающего момента носовое ПУ размещают на возможно большем удалении от миделя. 37

38 носовое ПУ; 2 кормовое ПУ. Рисунок Размещение ПУ на судне а общий вид установки на судне с ВРШ; б схемы размещения каналов КПУ в обход валопровода. выше туннеля валопровода; 2 ниже туннеля валопровода. Рисунок Установка кормового ПУ на судне Кормовое ПУ устанавливают в дополнение к носовому для обеспечения судну движения лагом или других специальных маневров. Для увеличения вращающего момента кормовое ПУ также размещают возможно дальше от миделя. Размещение КПУ вызывает обычно значительные трудности, связанные с расположением в этом районе валопроводов гребных винтов. На судах с большой осадкой КПУ может размещаться ниже линии гребного вала (рисунок 4.4). На судах с малой осадкой применяют КПУ с каналами сложной формы. Мощность КПУ обычно меньше или равна мощности НПУ. По числу каналов ПУ разделяются на одно- и двухканальные. Наиболее распространены одноканальные ПУ, которые предназначаются для работы на оба борта и имеют симметричную относительно ДП судна конструкцию (рисунок 4.5). 38

39 Рисунок Одноканальные ПУ: а с гребным винтом; б с крыльчатым движителем. Двухканальные ПУ могут представлять собой комбинацию двух ПУ одностороннего действия (рисунок 4.6). Подобная конструкция позволяет несколько повысить эффективность ПУ благодаря более рациональной, несимметричной относительно ДП, профилировке канала и. использованию более экономичного импеллера одностороннего действия (например, ВФШ с авиационным профилем сечения лопастей). Однако реализовать эффект от расширения выходной части канала и соответствующего снижения скорости в струе ПУ, как правило, не удается. При обычной длине канала, не превышающей четырех его диаметров, эффективное расширение выходной части канала возможно только при большом угле раствора диффузора, приводящем к некомпенсируемым вязкостным потерям. Кроме того, расширение канала приводит к росту разрежения на засасывающей стороне импеллера, увеличивая тем самым опасность кавитации. Стоимость таких ПУ выше стоимости эквивалентного по тяге одноканального ПУ, а их размещение на судне требует больше места. Рисунок Двухканальные ПУ одностороннего действия. 39

40 Двухканальные симметричные ПУ (рисунок 4.7) устанавливают при необходимости разделения мощности ПУ, т. е. в тех случаях, когда осадка судна не допускает размещения одного ПУ достаточно большого диаметра. Рисунок Установка на судне двухканального ПУ двухстороннего действия. Применяются также ПУ со сложной формой канала (Т-образной, Z- образной), с различного вида заслонками (рисунок 4.8). Рисунок ПУ с каналом Т-образной формы и заслонками. Рисунок Формы входной (выходной) части канала: а скругленная; б коническая; в с уступом. 40

41 Преимуществом такого ПУ является возможность использования достаточно простых импеллеров одностороннего действия (например, осевых насосов), а также возможность организации надводного выброса, что обеспечивает им способность к действию на ходу судна. Эффективность ПУ со сложной формой каналов ниже обычной. По типу используемого импеллера ПУ разделяются на ПУ с ВРШ, реверсивными ВФШ, двумя ВФШ противоположного вращения, крыльчатыми движителями, а также ПУ с центробежными, осевыми и эжекционными насосами. Применение импеллера того или иного типа определяется его эффективностью в конкретных условиях размещения, видом энергоснабжения, различными специальными требованиями к ПУ. Рисунок Входная часть канала ПУ в зоне наклонного шпангоута: а прямой канал; б изогнутый канал. Канал ПУ. Наиболее распространенной формой канала одноканальных, симметричных ПУ является цилиндрическая, круглая в сечении у ПУ с гребными винтами или прямоугольная у ПУ с крыльча-тыми движителями. Особое значение для эффективности ПУ имеют входная и выходная части канала. Конфигурация входной части канала ПУ должна обеспечивать отсутствие отрыва потока, благоприятное распределение давления и минимум сопротивления входу жидкости. Конфигурация выходной части канала должна обеспечивать устойчивый отрыв струи и минимум потерь на выходе, т. е. иметь острые кромки. Необходимость одновременного удовлетворения обоих тре-, бований приводит для симметричных ПУ к компромиссным решениям (рисунок 4.9). Наибольшее распространение среди таких решений получило незначительное скругление кромок отверстий канала. Иногда 4

42 используются конические раструбы, но эта форма является уступкой технологии, и применение ее нежелательно. Большой интерес представляет ступенчатая форма, позволяющая совместить устойчивый отрыв выходящей струи с минимумом потерь на входе. Каналы ПУ одностороннего действия (двухканальные ПУ) должны иметь хорошо скругленный плавный вход.и выход с острыми кромками. Если отверстие канала ПУ расположено в зоне наклона шпангоута, то особое внимание должно быть уделено форме нижней стороны входной части канала. Поток, втекающий в канал снизу, должен поворачиваться в этой области более чем на 90 (рисунок 4.20, а), что создает повышенную опасность отрыва. Поэтому закругление кромок в нижней части таких каналов должно иметь больший радиус, нежели в верхней части. Возможен также общий изгиб канала в вертикальной плоскости (рисунок 4.20, б), однако это приводит к некоторому снижению эффективности ПУ из-за наклона струи и увеличения сопротивления канала. Угол между касательной к ватерлинии и ДП судна в зоне отверстия ПУ обычно значительно меньше угла наклона шпангоута и поэтому не требует конструктивных изменений формы входной части канала. Форма входной части канала ПУ оказывает также влияние на сопротивление воды движению судна. С целью снижения дополнительного сопротивления, вызванного наличием отверстий и сквозного канала ПУ, входная часть последнего с кормовой стороны соединяется с корпусом с помощью ложкообразного выреза (рисунок 4.2). Хорошие результаты дает эллиптическая форма входной части (рисунок 4.24), несколько улучшающая действие ПУ на ходу судна. 42

43 Рисунок Ложкообразный вырез для снижения дополнительного сопротивления на ходу судна: а — коническое сопряжение; б плавное сопряжение; в форма выреза. Внутренняя часть канала ПУ имеет обычно цилиндрическую по всей длине форму. При достаточной длине канала его иногда расширяют в зоне расположения ступицы и кронштейнов, для того чтобы сохранить постоянным, гидравлическое сечение. Во всех случаях общее загромождение канала ступицей и выступающими частями (элементы передачи, кронштейны) должно быть минимальным. Все выступающие части должны иметь хорошо обтекаемую форму, не допускающую отрыва. Рисунок Подруливающие устройства типа «винт в трубе» 43

44 В качестве привода ПУ используется электродвигатель переменного 3- х фазного тока с напряжением 380 В. Плавное регулирование частоты вращения и реверс осуществляются посредством частотного преобразователя. Частотный преобразователь обеспечивает также снижение пусковых токов и повышенную экономичность при работе на частичных режимах. Управление ПУ электродистанционное, автоматизированное. ПУ с диаметром гребного винта,0 м может поставляться также в варианте с гребным винтом регулируемого шага. Тяга ПУ указана для тянущего режима для стандартных условий (длина канала L/D=3, борт 90, радиус закругления входных кромок r/d=0,05, без решеток). Тяга должна уточняться с учетом фактического расположения ПУ на судне. Рисунок Подруливающие устройства водометного типа с Т-образным каналом Основные достоинства водометных подруливающих устройств: — экологическая безопасность и повышенная надежность за счет исключения из забортного пространства заполненного маслом редуктора; -надежная работа при любой осадке судна; — защищенность от попадания льда. Защитные решетки устанавливают во входных отверстиях каналов ПУ для предотвращения поломок и засорения ПУ посторонними предметами (Рисунок7.4). Следует оговорить, что установка решеток не только защищает ПУ, но и в определенной мере способствует скоплению в его канале посторонних предметов. Поэтому в конструкции ПУ, 44

45 оборудованного защитными решетками, должна предусматриваться возможность очистки канала от мусора. Рисунок Эллиптическая форма входной части канала ПУ. а вертикальная решетка; б смешанная; решетка; в решетка канала ПУ с крыльчатым движителем; г стандартный профиль элемента решетки. Рисунок Защитные решетки ПУ: Для ПУ с гребными винтами наиболее рациональны вертикальные решетки. При установке ПУ в зоне значительного наклона шпангоутов целесообразно использование горизонтальных решеток с профилировкой, обеспечивающей безотрывное течение в нижней части канала. В некоторых конструкциях применяется смешанный тип решеток, состоящих из вертикальных и горизонтальных элементов. Для защиты каналов ПУ с крыльчатыми движителями обычно применяются горизонтальные решетки. Загромождение сечения канала защитной решеткой во всех случаях не должно превосходить 0 %, хотя уже при этом снижение тяги ПУ достигает в зависимости от профилировки и качества исполнения решетки 45

46 6 0 %. Дальнейшее увеличение загромождения приводит к резкому снижению тяги ПУ (при загромождении, равном 5 %, снижение тяги достигает 20 %). У быстроходных судов и судов с полными носовыми обводами дополнительное сопротивление воды, которое связано с наличием входных отверстий и сквозного канала, соединяющего оба борта, может достигать значительной величины. Наилучшим способом практической ликвидации дополнительного сопротивления является полное закрытие входных отверстий канала ПУ. Наибольшее распространение получили два типа устройств для закрытия отверстий каналов: заслонки и жалюзи (Рисунок7.5). Рисунок Устройства для закрытия каналов ПУ: а заслонки; б жалюзи. Заслонки не увеличивают сопротивления тракта и соответственно не снижают эффективности ПУ. Выход за габариты судна делает их легко уязвимыми при швартовных и других подобных операциях. Жалюзи, наоборот, менее подвержены повреждениям, но, как и другие виды защитных решеток, снижают эффективность ПУ. 46

47 5 ПЕРВИЧНЫЕ ДВИГАТЕЛИ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ В качестве первичных двигателей для генераторов ГЭУ применяют дизели и турбины — паровые и газовые. В судовых установках средний КПД дизелей 34-40%, паротурбинной установки (ПТУ) 24-28%, газотурбинной установки (ГТУ) 28-40%. 5.. Дизели Благодаря относительно высокому эффективному КПД и малому времени подготовки к пуску и работе дизели наиболее широко применяются в ГЭУ. Эффективным КПД называют отношение теплоты, превращенной в эффективную работу на валу, ко всей теплоте сгорания топлива. Среднее значение эффективного КПД η е и удельного расхода топлива q судовых дизелей приведены в таблице 5.. Таблица 5. Значение удельного расхода топлива и эффективного КПД судовых дизелей. Дизели Удельный расход топлива, кг/(квт-ч) Эффективный КПД, % Низкооборотные 0,225-0,95 38,0-34,5 Среднеоборотны е Высокооборотны е 0,240-0,25 36,0-39,5 0,250-0,230 34,0-37,0 Эффективной мощностью называют полезную мощность дизеля Р ПД, отдаваемую генератору на фланце вала. Номинальная мощность дизеля — эффективная длительная мощность, назначаемая предприятиемизготовителем при номинальной частоте вращения. Максимальная мощность — кратковременная мощность дизеля, превышающая номинальную и используемая в течение ограниченного времени. Пуск мощных дизелей производится сжатым воздухом, который подается в цилиндры. Частота вращения, при которой обеспечивается заданная степень нестабильности, называется минимально устойчивой и составляет около 30% номинальной. При меньшей частоте вращения дизель не может работать и нести нагрузку. Судовые дизели допускают кратковременное увеличение частоты вращения на 0-5% выше номинальной. Топливо в цилиндры подается под давлением специальными топливными насосами. Регулирование частоты вращения и мощности дизеля 47

48 осуществляется изменением количества подаваемого топлива с помощью регулирующей рейки, которая изменяет ход плунжера одновременно у всех насосов. Во всем диапазоне частоты вращения дизель работает с практически постоянным вращающим моментом. Различают следующие характеристики дизеля: ) скоростные характеристики (внешние и винтовые). Внешние характеристики — зависимости относительных параметров (Р П.Д., М В.Р, q) от частоты вращения дизеля п (рисунок 5.), которые снимаются при ручном управлении рейкой топливных насосов с фиксацией ее положения при разных постоянных значениях полезного хода плунжера. Рисунок 5. Характеристики дизеля: а скоростные; б регуляторные; в нагрузочные Внешние характеристики при кратковременно допускаемой нагрузке ( — 2 ч) и предельной подаче топлива называются максимальными кривыми (кривые и ‘). Кривые 2, 2’ и 2″ являются основными внешними характеристиками дизеля и снимаются при положении дозирующих органов, соответствующем номинальной мощности и номинальной частоте вращения. 48

49 Кривая 3 представляет собой внешнюю характеристику эксплуатационной мощности, при которой обеспечивается долговременная и экономичная работа дизеля. Кривые 4 и 5 являются внешними характеристиками долевых мощностей (частичные характеристики) и снимаются при уменьшенной подаче топлива. Кривая 5 — частичная характеристика, соответствующая минимальной мощности при длительной работе; она называется нижней ограниченной характеристикой. Все характеристики ограничиваются установкой срабатывания, которая при срабатывании отсекает подачу топлива (кривая 6). При соединении дизеля непосредственно с гребным валом регулирование мощности и частоты осуществляется по винтовым характеристикам, подробно рассмотренным в работе. 2) регуляторные характеристики зависимости параметров от частоты вращения при разных установках всережимного регулятора (рисунок. 5., б), который в отличие от однорежимного регулятора (например, предельного) при переменной нагрузке поддерживает любую заданную частоту вращения изменением подачи топлива. Основная внешняя характеристика (кривая 4) и характеристика предельного регулятора (кривая 5) остаются такими же, что и в случае, представленном на рисунке 5., а (кривые 2 и 6 соответственно). Дизель с всережимным регулятором при заданной частоте вращения работает по регуляторным характеристикам при астатическом (кривые, 2′, З’) или статическом (кривые ‘, 2′, З’) регулировании. Наклон кривых ‘, 2′, З’ (характеризуется разностью п = п’ — п) определяется статизмом (степенью неравномерности) всережимного регулятора. 3) Нагрузочные характеристики зависимость параметров от нагрузки при неизменной частоте вращения и переменной подаче топлива, т.е. при работе дизеля с всережимным регулятором (рисунок 5.2). На рисунке 5.2. приведены характеристики дизеля ДЮО. Кроме внешних характеристик М ВР = f(п), Р ПД = f(п) и q= f(п) на рисунок. 5.2, а показаны зависимости механических потерь в диапазоне (мощности Р с и момента сопротивления М с ) от частоты вращения, которые учитывают при расчете переходных процессов. На рисунке. 5.2, б приведены кривые удельного расхода топлива в зависимости от эффективной мощности для разной частоты вращения (нагрузочные характеристики), а на рисунке. 5.2, в — кривые зависимости эффективной мощности дизеля от атмосферного давления при разной температуре окружающей среды. 49

50 Рисунок 5.2 Нагрузочные характеристики дизеля Управление дизелем производится следующим образом. Топливо подается насосом, плунжер которого приводится от вала дизеля. При изменении нагрузки и отклонении частоты вращения от заданной регулятор через гидравлический серводвигатель, рычажную передачу и регулирующего рейку соответственно уменьшает или увеличивает подачу топлива, поддерживая тем самым постоянство заданной частоты вращения. Измерительным элементом отключения частоты вращения служат вращающиеся грузы, укрепленные на траверсе регулятора, которая приводится во вращение от вала дизеля. Изменение установки частоты вращения дизеля производится изменением затяжки всережимной пружины регулятора вручную или дистанционно с помощью сервомотора. При работе вхолостую или с малыми нагрузками (работа ниже ограниченной характеристики) независимо от частоты вращения ухудшается качество распыления топлива, что приводит к разжижению масла несгоревшим топливом. Для предотвращения этого служит пневматический механизм отключения ряда топливных насосов; оставшиеся в работе насосы увеличивают подачу топлива, и процесс сгорания улучшается. Пневматический механизм отключения управляется специальным электропневматическим вентилем и переводит 50

51 регулирующую рейку ряда топливных насосов в положение, соответствующее выключенной подаче топлива. Включение и выключение вентиля обеспечивается схемами ГЭУ. Для экстренной дистанционной остановки дизеля предусматривается блокировочный магнит, который при переключении катушки перекрывает подачу топлива. Предусматривается аварийная защита дизеля в следующих случаях: а) при повышении допустимой частоты вращения — с помощью центробежного предельного регулятора; б) при снижении давления масла ниже допустимого — с помощью реле давления, которое снимает нагрузку и перекрывает подачу топлива; в) при переходе одного из последовательно включенных генераторов постоянного тока в двигательный режим в случае остановки его дизеля (защита от обратного вращения) — с помощью реле пресной воды (если вода подается навешенным насосом), которое при понижении давления до 40-25% номинального снимает возбуждение с генератора, останавливающегося агрегата. Эту защиту можно выполнить с помощью реле напряжения, подключенного к навешенному тахогенератору; реле снимает возбуждение с генератора при понижении частоты вращения до 20-40% минимально устойчивой Паровые турбины Судовые паровые турбины, применяемые в ГЭУ, могут обладать агрегатами мощностью до квт. Отношение эффективной мощности на валу к распределяемой мощности турбины называют эффективным относительным КПД турбоагрегата η ос, который достигает %. На рисунке 5.3 показана зона эффективного относительного КПД турбин в зависимости от их мощности. 5

52 Рисунок 5.3 Эффективный относительный КПД турбин Механические потери в самой турбине составляют — 3% ее мощности, потери на вращение неработающих ступеней — до 2% и потери в редукторе при простой передаче,5-2% (при двойной передаче 3-4%). Значение механических потерь необходимо учитывать при расчете переходных процессов для предотвращения разгона турбины энергией рекуперации. Отношение действительной, или валовой, мощности к внутренней мощности называется механическим КПД. Удельный расход пара у современных паровых турбин достигает 3,4-4,4 кг/(квтч); при использовании атомных пароэнергетических гребных установок удельный расход пара увеличивается до 5,5 кг/(квтч) из-за низких параметров пара. Диапазон регулирования частоты вращения паровых турбин — от 25 до 5% номинальной частоты вращения. Регулирование частоты вращения и мощности обычно производится специальным маневровым клапаном, изменяющим количество подаваемого пара (реже — регулированием параметров пара). В ГЭУ постоянного, переменно-постоянного и переменного тока со статическим преобразователем частоты турбины работают с постоянной частотой вращения. В обычных ГЭУ переменного тока частота вращения может изменяться в широких пределах. Для поддержания заданной частоты вращения при изменениях нагрузки турбины оборудуют быстродействующим регулятором постоянства частоты вращения, который изменяет подачу пара в турбину. Регулятор приводит мощность турбины в соответствие с нагрузкой и поддерживает заданную частоту вращения, а также обеспечивает устойчивую работу турбины при внезапном сбросе или набросе нагрузки. При расчетах системы 52

53 электродвижения учитывают времена наброса и сброса 00% нагрузки, максимальные и минимальные значения частоты вращения при этом сбросе и набросе, а также статизм и точность регулятора. Рисунок 5.4 Характеристики турбины На рисунке 5.4 приведены характеристики турбины. Внешняя характеристика (кривая 4) -это зависимость мощности от частоты вращения при изменении подачи пара. Регулятор постоянства частоты вращения обеспечивает получение регуляторных характеристик (кривые,2, 3). Наклон кривых, характеризующийся разностью п = п’-п определяется статизмом регулятора (обычно не более 5%). При изменении нагрузки частота вращения также изменяется по этим характеристикам и поддерживается с точностью ±0,5%. Турбина снабжается выключателем предельной частоты вращения (регулятором безопасности), который действует независимо от других регуляторов и прекращает подачу пара при достижении турбиной частоты вращения, равной 2-5% номинальной. Для экстренной остановки турбины предусматривается быстрозапорный клапан (БЗК), установленный на главном паропроводе перед турбиной. Аварийная остановка турбины посредством БЗК предусматривается в следующих случаях: а) при превышении допустимой частоты вращения — с помощью выключателя предельной частоты вращения; б) при понижении давления масла в напорном маслопроводе ниже допустимого — с помощью масляного выключателя; в) при резком ухудшении вакуума в конденсаторе — с помощью вакуум-реле. Кроме того, в ГЭУ постоянного и переменного тока с ПЧ должна предусматриваться защита от недопустимого разгона ротора турбины энергией рекуперации в переходных режимах. Эта защита может быть 53

54 осуществлена, например, с помощью реле напряжения, подключенного к тахогенератору турбины, или реле мощности рекуперации. При недопустимом увеличении частоты вращения (разгоне) реле срабатывает и дает импульс на снижение двигательного момента генератора до значения, меньшего, чем момент механических потерь турбины. Установка срабатывания должна быть ниже установки предельного выключателя — около 05% номинальной частоты вращения Газовые турбины В состав газотурбинной установки (ГТУ) входят турбина, воздушный компрессор и камера сгорания, конструктивно объединенные в один агрегат. Выделяющиеся при сгорании топлива газы с высокими температурой и давлением (при горении температура достигает С) после смешивания с воздухом образуют рабочее тело, обладающее запасом потенциальной тепловой энергии. Компрессор и камера сгорания служат для подготовки рабочего тела, которое затем поступает в ступени газовой турбины. Здесь приобретенная при расширении газа кинетическая энергия рабочего тела преобразуется в механическую так же, как и в ступени паровой турбины. Компрессор приводится от вала турбины, поэтому часть энергии рабочего тела расходуется на получение сжатого воздуха, обеспечивающего процесс горения. Простейшим вариантом газовой турбины является турбина, схема которой представлена на рисунке 5.5. компрессор, 2 камера сгорания, 3 газовая турбина, 4 редуктор, 5 генератор Рисунок 5.5 Газовая турбина. Здесь турбина нагнетает воздух в камеру сгорания 2, где при сжигании топлива образуется рабочее тело, подаваемое в газовую турбину 3. В такой системе имеют место большие потери тепла в отработанных газах. КПД не превышает 20%. 54

55 Основным методом повышения КПД является регенерация, т.е. полезное использование теплоты отработанных газов для подогрева поступающего в камеру сгорания воздуха. Примером такой турбины является турбина на рисунке 5.6. Здесь КПД достигает 26-28%. компрессор, 2 — камера сгорания, 3 газовая турбина, 4 редуктор, 5 генератор, 6 регенератор Рисунок 5.6 Газовая турбина Еще больший КПД может быть получен при использовании двухступенчатого компрессора — низкого и высокого давления (рисунок 5.7). КПД такой турбины достигает и более процентов. компрессор, 2 камера сгорания, 3 газовая турбина, 4 редуктор, 5 генератор, 6 регенератор, 7 холодильник Рисунок 5.7 Газовая турбина 55

56 Благодаря отсутствию котельной установки, конденсаторов и обслуживающих их систем, ГТУ обладают большей экономичностью и меньшей удельной массой в сравнении с ПТУ той же мощности (табл. 5.3), а также меньшими габаритами. Существующие типы ГТУ различаются рабочими циклами, способами соединения компрессора с турбиной, видом применяемого топлива, способом его сжигания и т.д. Применяемые в судовых ГТУ газовые турбины имеют эффективный относительный КПД % (одноступенчатые) и % (двухступенчатые). Таблица 5.2 Сравнительные характеристики ПТУ и ГТУ. Установка Удельная масса, кг/квт Удельный расход топлива, г/(квт-ч) Абсолютный эффективный КПД, % Паротурбинная (с учетом котельной установки) Газотурбинная При пуске проворачивание вала ГТУ происходит от специального пускового двигателя (например, электродвигателя); первоначальное воспламенение топлива осуществляется от специального блока зажигания. Регулирование мощности ГТУ производится изменением количества подаваемого в камеру сгорания топлива. ГТУ, применяемые для привода генераторов, должны иметь центробежный регулятор, поддерживающий при изменении нагрузки заданную частоту вращения изменением подачи топлива. Характеристики ГТУ при автоматическом регулировании аналогичны характеристикам паровой турбины. Эффективный КПД ГТУ существенно зависит от температуры газа. По выходе из камеры сгорания газы смешиваются со сжатым воздухом, что снижает на выходе в турбину температуру рабочего тела до С. Перспективны судовые ГТУ с температурой рабочего тела выше 800 С, в которых используются новые жаростойкие материалы. В ГТУ предусматривается защита, прекращающая подачу топлива в следующих случаях: 56

Читайте также:  Двигатель мерседес 601 установка ремня

57 а) при достижении предельно допустимой частоты вращения (0-2% номинальной) — с помощью регулятора предельной частоты вращения; б) при превышении допустимого значения температуры газа — с помощью специальной схемы, работающей от термопар; в) при снижении давления масла и охлаждающей воды ниже предельного значения — с помощью соответствующих реле давления. 57

58 6 ТОПОЛОГИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ И ОСОБЕННОСТИ ГЭУ РАЗЛИЧНЫХ СУДОВ 6. Состав оборудования и схем ГЭУ На примере ГЭУ переменно-постоянного тока рассмотрим возможный состав оборудования установки. В состав ГЭУ входят: а) источники энергии — генераторы (Г) с первичными двигателями (ПД); б) силовые полупроводниковые преобразователи (ПП); в) гребные электродвигатели (ГЭД); г) возбудители генераторов (ВГ) и гребных электродвигателей (ВД); д) щит электродвижения (ЩЭД); е) пульт управления электродвижением (ПЭД); ж) посты дистанционного управления (ПДУ); з) щитки сигнализации (ЩС). Функциональная схема ГЭУ переменно постоянного тока приведена на рисунке 6.. Рисунок 6. Функциональная схема ГЭУ Гребные электродвигатели жестко соединяются с гребными валами. На гребном валу монтируется валопроводное устройство, с помощью которого во время ремонтов и перед пуском поворачивается гребной вал и ротор ГЭД. 58

59 Главные генераторы приводятся первичными двигателями, устанавливаются обычно на общих с ними рамах и могут иметь один или два опорных подшипника. Охлаждение подшипников осуществляется от общей системы смазки ПД. Силовые полупроводниковые преобразователи выполняются в виде щита или шкафа, в котором размещены полупроводниковые вентили (управляемые или неуправляемые) и элементы схемы управления, защиты и контроля вентилей. Принудительное охлаждение (водяное или воздушное) позволяет увеличить нагрузки на вентили и сократить их общее количество. Предпочтительным является воздушное охлаждение от отдельных электровентиляторов через воздухоохладители. Возбудители служат для питания обмоток возбуждения главных электрических машин. При индивидуальном возбуждении каждый возбудитель питает обмотку только одной машины, при групповом возбуждении от одного возбудителя питаются обмотки нескольких машин. Как правило, ГЭД или имеет индивидуальное возбуждение, а все генераторы одного ГЭД или контура групповое возбуждение от общего возбудителя. Применяются машинные, электромашинные и статические возбудители. Машинные возбудители ГЭД и генераторов контура соединяются между собой и с приводным двигателем и представляют единый возбудительный агрегат (на рисунке 6. ВГЗ и ВДЗ). Статические возбудители встраиваются в защиты электродвижения или выполняются в виде отдельных шкафов, резервирование достигается снижением коэффициента использования по току и напряжению вентилей, что обеспечивает нормальную работу возбудителя при выходе из строя нескольких вентилей или параллельных цепей. Это позволяет обеспечить высокую надежность возбудителей и упростить схему возбуждения. При разработке тиристорных возбудителей необходимо предусматривать конструктивно-схемные мероприятия по уменьшению их влияния на качество напряжения питающей сети. Щит электродвижения служит для подготовки ГЭУ к работе, набора схем главного тока и возбуждения (включение в схему электрических машин и возбудителей), управления системой возбуждения и контроля за работой ГЭУ. В щит встраивают избирательные переключатели цепи главного тока, переключатели возбудительных агрегатов, автоматы питания, защиты, блокировки, сигнализации и контроля. На щите обычно устанавливается мнемосхема. Если предусматривается вахтенное обслуживание, в щит встраиваются также местный пост управления ГЭД, переключатель постов управления и машинный телеграф. 59

60 Пульт управления электродвигателем предназначен для дистанционного контроля за работой ГЭУ и управления ГЭД, он обычно встраивается в центральном посту управления. В пульт встраиваются приборы машинного телеграфа, посты управления ГЭД, переключатели постов управления, измерительные приборы и аппаратура сигнализации и контроля. При отсутствии вахты у щита электродвижения в пульте устанавливаются элементы дистанционного управления коммутационными аппаратами, позволяющими производить дистанционный набор схемы, а также пуск и установку механизмов (насосов, вентиляторов), обслуживающих ГЭУ. Пост дистанционного управления служит для управления ГЭД судоводительским составом и в эксплуатационных режимах является основным постом. Пост включает в себя устройство для регулирования задающего сигнала в цепях возбудителей главных электрических машин и необходимые элементы изменения сигнализации. Конструктивно посты управления выполняются в двух вариантах: совмещенными с машинным телеграфом и отдельно стоящими. В последнем случае посты управления, называемые обычно задатчиками мощности; соединяются, как правило, с машинным телеграфом с помощью механической и электрической передачи. Щитки сигнализации служат для представления информации о работе ГЭУ, в них встраиваются сигнальные лампы, а при необходимости — измерительные приборы и мнемосхема. Схема главного тока схема, определяющая состав и соединение между собой всех элементов цепи главного тока (электрические машины, контакты избирательных переключателей, аппараты защиты и регулирования, измерительные приборы и т.п.). На схеме показываются места включения элементов схемы регулирования и приводятся режимы работы ГЭУ. Схема возбуждения схема, определяющая состав и соединение основных и резервных возбудителей и избирательных переключателей. На схеме показывается включение ручных регуляторов возбуждения, разрядных настроечных резисторов, элементов защиты и измерительных приборов цепей возбуждения. Схема управления и регулирования схема, определяющая состав и соединение постов управления, а также цепей управления и обратных связей возбудителей. На схеме показываются элементы стабилизации, установочные и настроечные сопротивления, элементы защиты, блокировки и сигнализации. 60

61 Схемы возбуждения, управления и регулирования часто объединяются. Схема сигнализации схема, определяющая состав и соединение всех приборов сигнализации (лампы, табло, звуковые сигналы и т.п.) с необходимой аппаратурой защиты и контроля. Схема управления дизелями — схема, определяющая состав электропневматических вентилей и их соединение с переключателем режимов работы или постом управления ГЭД, а также состав и соединение элементов защиты и сигнализации. На схеме показываются связи со схемой управления и регулирования ГЭД. Схема питания вспомогательных механизмов ГЭУ от общесудовой электростанции с автоматическими выключателями, элементами защиты и сигнализации. Кроме принципиальных схем разрабатывается схема соединений (монтажная), показывающая соединения составных частей приводами и кабелями, а также места их ввода и присоединения. 6.2 Компоновка оборудования ГЭУ Расположение элементов гребной установки во многом определяется назначением и типом судна, однако, существуют рекомендации, общие для всех типов судов. Гребные электродвигатели обычно размещаются в отдельном помещении в кормовой оконечности судна, но могут размещаться и вместе с генераторными агрегатами. В первом случае уменьшается длина и масса валопровода, что позволяет сократить суммарный объем машинных помещений, а также рационально использовать острые своды судна. Однако при размещении и выборе ГЭД необходимо предусматривать возможность их нормального обслуживания, разборки и ремонта. Пары масла, топлива и влаги, имеющиеся в помещении, где размещены ГЭД, в сочетании со щеточной пылью приводят к ухудшению изоляции, что особенно сказывается на работе машин постоянного тока. Необходимо стремиться к тому, чтобы ГЭД и механическое оборудование, не связанное непосредственно с обеспечением его работы, размещались в разных помещениях. Не следует располагать ГЭД и генераторные агрегаты (особенно с дизельным приводом) в одном машинном отделении. Если этого не удается избежать, что особенно часто случается на малых судах, то следует выполнять ГЭД с замкнутой системой вентиляции. 6

62 Генераторные агрегаты не имеют жесткой связи с гребными валами и поэтому могут располагаться в любой части судна. Применение быстроходных дизель генераторов, имеющих сравнительно малые массу и габариты, позволяет располагать оборудование в два яруса с размещением генераторных агрегатов на платформе. Двухъярусная компоновка ГЭД и дизель-генераторов в кормовой оконечности судна позволяет значительно сократить общую длину машинных отделений (рисунке 6.2). Сокращение общей длины машинных отделений при применении турбоэлектрических гребных установок также может быть достигнуто путем двухъярусного размещения оборудования. двигатель; 2 возбудители; 3 дизель генератор; 4 ПУ Рисунок 6.2 Двухъярусная компоновка ГЭД и дизель генераторов Таким образом, при размещении основного электрооборудования ГЭУ можно рекомендовать: ) размещать ГЭД в отдельных помещениях с учетом обеспечения минимальной длины гребного вала, при этом вблизи ГЭД не должны прокладываться трубопроводы, имеющие фланцевые соединения; 2) размещать генераторные агрегаты в отдельных помещениях и не устанавливать на них другого электрооборудования ГЭУ (щитов преобразователей и т.п.) для которого необходимо предусматривать отдельные помещения; 3) при достаточной высоте борта и особенно при кормовом расположении машинных отделений применять двухъярусное расположение электрооборудования; 62

63 4) предусматривать звукоизоляцию помещения. в котором размещаются дизель-генераторы, в нем не должны устанавливаться вспомогательные механизмы, требующие постоянного обслуживания на ходу судна; 5) выделять отдельные помещения для вспомогательных механизмов машинной установки. Полупроводниковые преобразователи цепи главного тока не рекомендуется располагать в дизель-генераторных помещениях; размещать их следует вместе со щитами электродвижения или в специальных помещениях непосредственно над ГЭД. Однако в некоторых случаях, особенно в ГЭУ переменно-постоянного тока большой мощности, с целью сокращения длины шинопровода переменного тока целесообразно размещать силовые выпрямители непосредственно вблизи генераторов. Возбудительные агрегаты (ВА) и статические возбудители не следует размещать в дизель-генераторных помещениях; агрегаты целесообразно устанавливать в помещениях, где располагаются ГЭД, или в специальных помещениях, статические возбудители -вместе со щитами электродвижения или в специальных помещениях. Щиты электродвижения устанавливаются с учетом расположения трасс главного тока в антишумовых выгородках машинных отделений, на платформах в помещениях, где размещаются ГЭД, или в специальных помещениях. Пульт управления электродвижением располагается, как правило, в специальном помещении для дистанционного управления механической установкой судна центральном посту управления (ЦПУ). Иногда при отсутствии дистанционного управления аппаратами главной цепи, для удобства управления ГЭД пульт управления устанавливают в помещении щита электродвижения или совмещают пульт и щит в одной конструкции. Местный пост управления (МПУ) встраивается в щиты или пульт электродвижения. Команды для изменения направления и частоты вращения ГЭУ подаются с помощью машинного телеграфа. Местный пост рекомендуется механически связывать с прибором машинного телеграфа так, чтобы исполнение команды с помощью МПУ репетовалось схемой машинного телеграфа. Пост дистанционного управления (ПДУ) устанавливается в ходовой рубке, и управление им обычно осуществляется с помощью рукояток тумб машинного телеграфа (при отключенной схеме телеграфа). На судах повышенной маневренности и при больших размерах ходовой рубки в ней 63

64 устанавливается несколько тумб машинного телеграфа (в том числе обязательно по бортам), связанных с собой и с ПДУ механической и электрической передачей. На судах, требующих точного маневрирования, могут устанавливаться дополнительные ПДУ в кормовой и носовой оконечностях. Переключатель ПДУ обычно располагается в ходовой рубке; переключатель с местного управления на дистанционное размещается на пульте или щитах электродвижения. На рисунке 6.3 приведена схема расположения элементов ГЭУ портового ледокола. Рисунок 6.3 Схема расположения ГЭУ портового ледокола 6.3 Особенности ГЭУ различных судов В основном ГЭУ применяются на судах, эксплуатационные режимы, работы которых имеют специфические особенности: повышенная маневренность, резко меняющиеся условия плавания, длительная работа на пониженной мощности, продолжительные стоянки или частота работ на малых ходах с одновременной работой производительных механизмов большой мощности. Применение ГЭУ предпочтительнее для ледоколов и судов активного ледового плавания, судов технического и вспомогательного флота. Иногда ГЭУ применяются на грузовых и пассажирских судах. Грузовые и пассажирские суда. ГЭУ выбирается по характеристике в свободной воде. Она должна обеспечивать максимальную скорость судна с грузом и без него при минимальных расходах топлива и наименьших массо габаритных характеристиках оборудования. С учетом КПД, надежности и простоты обслуживания главных электрических машин предпочтительнее ГЭУ на переменном токе. Ледоколы. ГЭУ выбираются по основному — швартовному режиму с учетом режимов работы в свободной воде, взаимодействия винта со льдом и момента стоянки. Схема регулирования должна обеспечить полное 64

65 использование заданной мощности ПД при изменении сопротивления движению судна в широком диапазоне от характеристики хода в свободной воде до характеристики режима фрезерования льда при частоте вращения нулевого упора. ГЭУ должна допускать частые реверсы (до 30 в час). Время реверса должно быть минимальным. Для обеспечения указанных требований в настоящее время применяются ГЭУ переменного тока и ВФШ с регулированием частоты вращения изменением частоты питающего напряжения. Для исключения заклинивания гребного винта при его взаимодействии со льдом ГЭД рассчитывается на наброс двух трехкратного номинального момента, а механические характеристики должны иметь общие точки с характеристикой М В+Л = =Ф(Н В ). ГЭУ транспортных судов активного ледового плавания должны обладать качествами ГЭУ ледоколов. Паромы. ГЭУ выбирается по характеристике хода в свободной воде с грузом, а для замерзающей акватории — по буксировочной характеристике с учетом ледовых условий плавания. ГЭУ должна обеспечить хорошую маневренность, обусловленную частыми швартовными операциями (особенно для железнодорожных паромов), стесненными акваториями, а также малое время реверса и выбега парома. Обычно применяются ГЭУ на постоянном токе по системе Г — Д с ограничением тока или по системе неизменного тока с включением в общий контур всех ГЭД и электродвигателей подруливающего устройства и активных рулей. На паромах иностранной постройки применяются ГЭУ переменного тока с ВРШ. В этом случае генераторы единой электростанции питают ГЭД и судовые потребители. Буксиры. ГЭУ выбираются по буксировочной характеристике с обеспечением максимального хода в свободной воде. Буксир работает в акваториях портов при изменяющихся условиях эксплуатации (вплоть до ледовых). ГЭУ должна обеспечивать высокие маневренные качества при использовании полной мощности ПД в диапазоне между буксировочной характеристикой и характеристикой хода в свободной воде. Промысловые суда. Особенность работы промысловых судов — перераспределение установленной мощности генераторов в разных эксплуатационных режимах: при переходе к месту лова — максимальный ход, при ловле — устойчивый малый ход с работой траловых лебедок, при переборке улова — малый ход или стоянка с работой морозильной установки и оборудования перерабатывающего цеха. Параметры ГЭУ 65

66 выбираются по характеристике хода в свободной воде, мощность главных генераторов — по максимальному режиму с учетом одновременной работы ГЭУ и производственного оборудования. На переменно постоянном токе может применяться единая электростанция с питанием от общих шин и ГЭД, и электродвигателей производственных механизмов. На переменном токе применяют ВРШ или преобразователи частоты с работой производственного оборудования от общих шин. Исследовательские суда. На океанографических, гидрографических и подобных им судах обычно устанавливаются мощные глубоководные лебедки и научно-исследовательское оборудование. До 80 процентов времени в эксплуатации этих судов занимает работа на малых ходах или при дрейфе с удержанием судна против волны, в то же время при плавании от тропиков до арктической зоны ГЭУ должна обеспечивать максимальный ход. Применяют ГЭУ на переменном токе, обеспечивающие широкий диапазон плавного регулирования скорости судна по системе ПЧ АД (СД) с режимом раздельной работы генераторов на ГЭД и электроприводы лебедок. Суда технического и вспомогательного флота. К судам этой группы относятся земснаряды, плавкраны, кабелеукладчики, пожарные суда, плавучие буровые установки и т.п. ГЭУ этих судов должна обладать хорошими маневренными качествами. На малых ходах и при стоянках должна также обеспечиваться работа мощных производственных механизмов. 6.4 Условия работы, надежность, живучесть Электрооборудование ГЭУ должно надежно работать в условиях постоянной вибрации корпуса (а у ледоколов и частых сотрясений при ударах корпуса о лед), повышенной температуры и влажности окружающего воздуха (особенно в машинных отделениях и на открытых местах), длительной качки судна, крена и дифферента. Значения этих величин, характеризующих условия работы электрооборудования на судах, установлены Правилами Российского Морского Регистра. Кроме того, электрооборудование должно работать при наличии в окружающем воздухе паров воды, масла и топлива, а также при попадании на него паров влаги. Для работы в этих условиях должно применяться электрооборудование в морском исполнении, конструкция которого учитывает все указанные особенности. Электрооборудование и аппаратура, предназначенные для береговых условий работы, не могут 66

67 применяться в схемах и конструкциях элементов ГЭУ без специального одобрения Регистром. При выборе и создании электрооборудования следует учитывать условия его расположения на судне. Необходимо обеспечить свободный доступ ко всем элементам и частям оборудования, требующим постоянного обслуживания во время работы, и возможность разборки с выемом крупногабаритных узлов и деталей (например, роторов, генераторов) для производства ремонтных работ на месте. Следует предусматривать различные средства механизации и приспособления для производства ремонтных работ: рамы, тали, тельферы, отжимные болты и т.п. В целях облегчения эксплуатации и повышения надежности работы ГЭУ рекомендуется при проектировании принимать, возможно более простые решения. Усложнение схем и оборудования, увеличение объема автоматизации целесообразно только в случаях, обусловленных спецификой работы судна или экономически оправданных. Повышение надежности работы ГЭУ в целом и всех ее элементов имеет первостепенное значение, поскольку выход из строя того или иного элемента может привести к остановке судна с возможными неблагоприятными последствиями. Поэтому в схеме ГЭУ должны применяться наиболее надежные элементы в морском исполнении, а схемы ГЭУ должны обладать высокой живучестью и обеспечивать сохранение хода в аварийных случаях. Каждый ГЭД рекомендуется питать как минимум от двух генераторов. Главные электрические машины с принудительной вентиляцией должны оборудоваться двумя вентиляторами, каждый из которых обеспечивает нормальную работу машины. На выходе воздуха из машин постоянного тока рекомендуется установка фильтров для улавливания щеточной пыли. Целесообразно также предусматривать отдельные вентиляторы для отсоса воздуха из плоскости коллекторов с выбросом его наружу. Требования по высокой надежности ГЭУ особенно важны применительно к мощным ледоколам. Опыт эксплуатации показал, что при обколке застрявших судов в тяжелых льдах ледокол должен проходить непосредственно вблизи борта судна. В этот момент работа ГЭУ должна быть весьма надежной, так как в случае отказа установки возможна потеря управляемости, что приведет к столкновению с судном, которое чревато весьма тяжкими последствиями. Другим важным фактором, определяющим необходимость высокой надежности ГЭУ, является большая автономность плавания, т.е. длительное время работы ледокола без захода в порты, а также 67

68 индивидуальная работа ледокола при вскрытии ледовых полей и перемычек. Защита гребной установки должна действовать селективно и надежно обесточивать и отключать только аварийные элементы ГЭУ, при этом остальная часть ГЭУ должна оставаться в работе. Рекомендуется автономное возбуждение схемы каждого ГЭД или его якоря. Возбудители следует выбирать с учетом необходимой форсировки возбуждения в переходных режимах. Возбудители должны иметь переключаемый резерв. Для полупроводниковых приборов следует принимать коэффициент загрузки 0,6-0,7 и выбирать его по максимальным значениям тока и напряжения в переходных режимах. К изоляции токоведущих частей высоковольтных схем главного тока должны предъявляться повышенные требования; трассы кабелей и шинопроводов должны прокладываться в специальных коридорах. При выборе материалов следует учитывать требуемый срок службы и возможность проявления усталости материалов. Все элементы ГЭУ должны отличаться достаточной прочностью конструкции, обеспечивающей безотказную работу при эксплуатации ГЭУ в течение заданных периодов работы без непосредственного обслуживания до капитального (заводского) ремонта. 68

69 7 ТРЕБОВАНИЯ К ГРЕБНЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ УСТАНОВКАМ 7. Общие положения 7.. Требования настоящего раздела распространяются на все гребные электрические установки (ГЭУ) и их компоненты, а также на изготовление, монтаж и испытания, в том числе: ) генераторы и их первичные двигатели; 2) распределительные щиты; 3) трансформаторы/реакторы; 4) полупроводниковые преобразователи частоты (конвертеры); 5) гребные электрические двигатели; 6) системы возбуждения; 7) системы управления ГЭУ, системы контроля (АПС, индикация и регистрация параметров), а также системы защиты; 8) системы силовых шинопроводов, кабельных трасс Требования настоящего раздела не распространяются на носовые и кормовые подруливающие устройства, являющиеся вспомогательными устройствами управления судном Выполнение требований настоящего раздела и применимых требований других разделов настоящей части обязательно для судов, где к основному символу класса добавляется знак ЕРР в соответствии с требованиями пункта части I «Классификация» Российского Морского Регистра Электрическое оборудование гребной электрической установки должно отвечать требованиям других разделов и глав настоящей части Правил, если в настоящем разделе не оговорено иное В электрических системах гребных электрических установок допускается применение напряжений, не превышающих указанные в пункте 4.2 и разделе 8 Российского Морского Регистра В помещениях электрических машин, распределительных щитов и пультов управления рекомендуется предусматривать электрическое отопление Подгенераторами и двигателями гребной электрической установки должно быть установлено стационарное освещение Части гребных электрических машин (двигателей и генераторов), расположенные под настилом, должны иметь степень защиты не ниже, чем Р56. 69

70 Если они помещаются в сухом отсеке или защищены от попадания воды водонепроницаемым фундаментом и если, кроме того, имеется сигнализация, срабатывающая при попадании воды в этот отсек, то может быть допущена степень защиты Р В корпусах гребных электрических двигателей, генераторов, полупроводниковых преобразователей, других компонентов ГЭУ, должны быть предусмотрены устройства, препятствующие образованию и скоплению влаги и конденсата, особенно в периоды длительных стоянок. Этими устройствами могут быть электрические нагреватели, осушители воздуха и т. п Гребная электрическая установка должна быть оборудована устройством контроля сопротивления изоляции, отвечающим требованиям пункта 2. Российского Морского Регистра. 7.2 Определения и пояснения 7.2. В настоящем разделе приняты следующие определения и пояснения: Главный пост управления ГЭУ пост управления главной пропульсивной установкой, на котором имеется вахта в условиях хода в море. Местный пост управления пост управления, располагаемый в месте установки системы, предназначенный для образования и введения в систему задающих параметров для полупроводниковых преобразователей частоты (ППЧ), независимых от заданных параметров системы дистанционного управления и других внешних ограничений. Азимутальный привод привод, обеспечивающий поворот пропульсивного блока вокруг вертикальной оси. Привод в гондоле (ПП ГЭД) пропульсивная система, в которой гребной электрический двигатель расположен в специально предназначенной для него погружной поворотной гондоле судна. Дублированный датчик датчик с двумя чувствительными элементами в одном корпусе. Резервированный датчик два отдельных датчика в отдельных корпусах, установленных для контроля одного и того же параметра. 7.3 Структура гребных электрических установок (ГЭУ) 7.3. В состав гребной электрической установки входят следующие компоненты: ) главные генераторы ГЭУ не менее 2 шт.; 2) главный распределительный щит (ГРЩ), разделенный на две части межсекционным автоматическим выключателем, или разъединителем; 70

71 3) силовые трансформаторы для преобразования напряжения ГРЩ в напряжение полупроводниковых преобразователей по одному для каждого преобразователя; 4) силовые полупроводниковые преобразователи для питания ГЭД не менее 2 шт.; 5) гребной электрический двигатель (ГЭД), с двумя системами статорных обмоток, получающих питание каждая от своего полупроводникового преобразователя; 6) система управления Для гребных электрических установок с одним ГЭД синхронные и асинхронные ГЭД должны иметь две системы статорных обмоток, которые могли бы независимо отключаться от соответствующего полупроводникового преобразователя частоты (ППЧ). Каждый ППЧ должен быть рассчитан, по крайней мере, на 50 % номинальной мощности гребной электрической установки Гребные двигатели постоянного тока должны быть двухъякорными (двухколлекторными), причем каждая якорная обмотка должна быть рассчитана, по крайней мере, на 50 % номинальной мощности установки. Каждая якорная обмотка должна получать питание от своего независимого преобразователя. Любая единичная неисправность в преобразователе не должна приводить к полной потере хода Для гребного вала должны быть предусмотрены тормозные или блокирующие устройства не позволяющие произвольно вращаться отключенному гребному двигателю (валу) при любых погодных условиях, или в процессе буксировки судна Система ГЭУ должна отвечать принципу локализации одной неисправности, т. е. в случае появления неисправности в любом одном из компонентов системы ГЭУ ход судна должен сохраняться, хотя бы с частичной мощностью При появлении любой неисправности в системе ГЭУ на всех действующих постах управления должен быть предусмотрен аварийнопредупредительный сигнал Для всех вспомогательных механизмов и устройств ответственного назначения должны предусматриваться местные посты управления, на которые переводится управление в случае неисправности любого компонента дистанционной автоматизированной системы управления ГЭУ. 7.4 Системы возбуждения 7

72 7.4. Общие требования Каждая система возбуждения должна получать питание по отдельному фидеру. Предельный ток и напряжение системы возбуждения, а также их источник питания, должны в полной мере удовлетворять требованиям для всех режимов ГЭУ, в том числе, при маневрировании, в режимах перегрузки и при коротком замыкании, а также в условиях опрокидывающего момента Цепи питания систем возбуждения должны иметь защитные устройства только от коротких замыканий. Срабатывание электромагнитного расцепителя при коротком замыкании должно сопровождаться сигналом АПС на постах управления При отключении автоматического выключателя системы возбуждения, должен также отключаться автоматический выключатель соответствующего генератора или гребного двигателя Если питание системы возбуждения снабжено независимыми устройствами защиты против снижения частоты и перенапряжения, или устройствами пропорционального регулирования «напряжение/частота», то они должны быть отрегулированы таким образом, чтобы система защиты реагировала при достижении недопустимых режимов Цепи возбуждения должны быть оборудованы устройствами для снижения (подавления) всплеска напряжения при размыкании выключателя возбуждения (система гашения поля) Должны быть предусмотрены средства (фильтры ит.п.) для ограничения гармонических искажений и снижения коэффициента мощности Возбуждение генераторов Системы возбуждения должны получать питание со стороны генератора, генератор должен быть самовозбуждающимся. Напряжение должно подниматься автоматически без дополнительных внешних источников Для управляющих цепей возбудителя, а также для начального возбуждения, может быть применен внешний источник энергии, если он резервирован. Этот внешний источник должен получать питание от ГРЩ, АРЩ и, дополнительно, от резервной аккумуляторной батареи. Как минимум, для всех генераторов ГЭУ должно быть предусмотрено два внешних источника энергии Возбуждение гребных электрических двигателей 72

73 Питание возбудителя должно осуществляться непосредственно от той же секции ГРЩ, от которой получает питание статорная обмотка двигателя Системы возбуждения и системы автоматического регулирования должны быть выполнены таким образом, чтобы гребные электрические двигатели были защищены от чрезмерного повышения частоты вращения при поломке, или оголении гребного винта. 7.5 Электромагнитная совместимость (ЭМС) ГЭУ 7.5. Гребная электрическая установка должна без сбоев и отказов функционировать в условиях воздействия электромагнитных помех и соответствовать требованиям, изложенным в пункте 2.2 Российского морского Регистра Оборудование, создающее всплески напряжения, частоты и тока, не должно быть причиной отказов и выходов из строя другого оборудования на борту из за помех, передающихся кондуктивно, индуктивно, или радиационно Если величина гармонических искажений превышает 0 % в рабочем состоянии ГЭУ, то необходимо обеспечить соответствующую фильтрацию и функционирование без помех любых подключаемых потребителей. 7.6 Первичные двигатели генераторов ГЭУ 7.6. Допустимые отклонения частоты вращения Если генераторы гребной электрической установки используются также для питания судовой сети, то отклонения частоты генераторов при соответствующих изменениях нагрузки, должны соответствовать требованиям, указанным в пункте 2..3 части V «Механизмы» Российского Морского Регистра Если система управления частотой вращения гребного винта требует изменений частоты вращения первичных двигателей генераторов ГЭУ, то регуляторы частоты вращения первичных двигателей должны иметь устройства как местного, так и дистанционного управления частотой вращения Номинальная мощность, а также перегрузочная способность первичных двигателей, должны выбираться с учетом обеспечения мощности, требуемой в процессе переменных нагрузок общего электрического оборудования, а также изменений нагрузок ГЭУ при маневрировании, ходе в море, в том числе при тяжелых (штормовых) погодных условиях Параллельная работа. При параллельной работе генераторов 73

74 применяемые системы регулирования должны обеспечивать стабильное пропорциональное распределение нагрузок во всем диапазоне мощностей первичных двигателей, как указано в пункте Российского морского Регистра Мощность реверсирования При экстренном маневре с полного переднего хода на полный ход назад, первичные двигатели должны быть способны поглотить (абсорбировать) соответствующую часть рекуперируемой энергии без срабатывания защиты от разноса, или от обратной мощности Для абсорбирования соответствующей части рекуперируемой энергии и торможения гребного электрического двигателя при реверсе допускается применение «резисторов торможения», обеспечивающих необходимое ограничение частоты вращения первичных двигателей и электрических машин в допустимых пределах. Величина рекуперируемой энергии должна ограничиваться автоматизированной системой управления ГЭУ. 7.7 Генераторы ГЭУ 7.7. Общие требования Генераторы, работающие с полупроводниковыми преобразователями, должны быть рассчитаны на наличие ожидаемого уровня гармонических составляющих в системе. С этой целью должен предусматриваться существенный резерв мощности, компенсирующий повышение температуры генератора, по сравнению с обычной синусоидальной нагрузкой Статорные обмотки генераторов номинальной мощностью выше 500 ква должны быть снабжены датчиками температуры Генераторы гребной электрической установки должны быть оборудованы фильтрами очистки охлаждающего воздуха при открытой и замкнутой системе вентиляции. Вентиляционные каналы должны быть устроены так, чтобы вода не попадала внутрь машины Генераторы гребных электрических установок допускается использовать для питания вспомогательных электрических механизмов и устройств, при условии обеспечения стабильности напряжения и частоты во всех режимах, в том числе маневровых, в соответствии с требованиями пункта 2..3 Российского Морского Регистра В цепях возбуждения генераторов не должны устанавливаться автоматические выключатели, за исключением тех, 74

75 которые действуют на снятие возбуждения с машин при коротких замыканиях или повреждениях в цепи главного тока Устройства защиты генераторов должны соответствовать требованиям, изложенным в пункте 8.2 Российского Морского Регистра Подшипники генераторов и смазка Вкладыши подшипников скольжения должны быть легко заменяемыми. Должны быть предусмотрены средства контроля смазки подшипников. Надежная смазка должна быть обеспечена также и при возможном максимальном дифференте. Должны быть предусмотрены соответствующие уплотнения, препятствующие попаданию смазочного масла внутрь генератора Если применяются подшипники с принудительной смазкой (под давлением), то на постах ГЭУ должны быть предусмотрены, как минимум, следующие аварийно-предупредительные сигналы: ) неисправность системы. смазки (отказ насоса смазки, потеря давления в трубопроводе смазки и т. п.), 2) максимальная температура каждого из подшипников Генераторы должны быть оборудованы резервными (аварийными) устройствами смазки подшипников, обеспечивающими достаточную смазку подшипников в течение времени до остановки машины, в случае возникновения неисправности, или аварии нормальной системы смазки Во избежание повреждения подшипников должны быть приняты меры, препятствующие возможному протеканию электрических токов между подшипником и валом машины, для чего один из подшипников должен быть гальванически изолирован от корпуса машины Охлаждение генераторов Кроме термометров должны быть предусмотрены датчики температуры охлаждающего воздуха, которые должны подавать аварийно-предупредительный сигнал при превышении допустимой температуры Для машин с замкнутой системой охлаждения и теплообменным аппаратом, поток первичного и вторичного охлаждающего агента должен контролироваться. При исчезновении потока должен подаваться аварийно-предупредительный сигнал. 75

76 Протечки воды и конденсат не должны попадать на обмотки машины. Должна быть предусмотрена сигнализация, контролирующая возникновение протечек. 7.8 Распределительные щиты ГЭУ 7.8. Распределительные щиты гребных электрических установок должны соответствовать требованиям пунктов 4.6 и 8.6 Российского Морского Регистра Система гребной электрической установки должна быть оборудована устройством контроля сопротивления изоляции (пункт 2. Российского Морского Регистра) Переключатели, предназначенные для оперативных переключений в цепях гребной электрической установки при снятом напряжении, должны иметь блокировочное устройство, не допускающее отключения их под током, или ошибочного включения. 7.9 Силовые трансформаторы ГЭУ 7.9. Общие требования 7.9..Трансформаторы и реакторы должны соответствовать требованиям разделов и 8.4 Российского Морского Регистра Для ГЭУ должно быть предусмотрено не менее двух независимых силовых трансформаторов. Должны использоваться трансформаторы только с раздельными обмотками Температура обмоток трансформаторов, применяемых для ГЭУ должна контролироваться системой датчиков и сигнализаторов Для трансформаторов ГЭУ должны быть предусмотрены амперметры на ГРЩ на первичной стороне в каждой фазе Для каждого трансформатора ГЭУ должна быть предусмотрена защита от перегрузки и от короткого замыкания на первичной и вторичной стороне. Защита на вторичной стороне может быть реализована полупроводниковым преобразователем ГЭУ Жидкостно охлаждаемые трансформаторы ГЭУ Обмотки жидкостно охлаждаемых трансформаторов должны быть полностью погружены в жидкость, также при наклонах в любую сторону на угол 22,5 включительно Трансформаторы должны быть оборудованы необходимыми устройствами для сбора и накопления утечек охлаждающей жидкости. 76

77 В районе установки трансформатора должны быть расположены устройства обнаружения пожара и устройства пожаротушения. Устройства пожаротушения допускаются с ручным управлением Трансформаторы должны быть оборудованы системой защиты, действующей при появлении газов в охлаждающей жидкости Температура охлаждающей жидкости должна контролироваться системой датчиков. Должен быть предусмотрен аварийно предупредительный сигнал по превышению температуры охлаждающей жидкости, а также от отдельного датчика должна быть предусмотрена защита, отключающая трансформатор, если температура жидкости превысит предельно допустимую Уровень охлаждающей жидкости должен контролироваться двумя датчиками, один из которых должен приводить в действие аварийно-предупредительный сигнал, а второй, установленный на предельно допустимый уровень, должен отключить трансформатор Трансформаторы ГЭУ, охлаждаемые воздухом Работа вентиляторов для охлаждения трансформаторов, а также температура охлаждающего воздуха должна контролироваться системой датчиков. При превышении температуры, или выходе из строя вентиляторов должен подаваться аварийно предупредительный сигнал При применении замкнутой воздушной системы охлаждения с воздухоохладителем должны дополнительно к требованиям, изложенным в , контролироваться: ) минимальный поток первичного и вторичного контура охлаждающих сред (воздуха и воды); 2) при протечках теплообменного аппарата должен срабатывать аварийно-предупредительный сигнал. Теплообменный аппарат должен устанавливаться таким образом, чтобы протечки воды и конденсат не могли попадать на обмотки. 7.0 Полупроводниковые преобразователи ГЭ 7.0. Общие требования Преобразователи должны соответствовать требованиям разделе 2 Российского Морского Регистра Для ГЭУ должно предусматриваться, как минимум, два полностью независимых отдельно установленных полупроводниковых преобразователя Для каждого преобразователя должна быть предусмотрена отдельная система управления. 77

78 Для каждой системы управления должны предусматриваться два гальванически изолированных датчика скорости. Общий корпус для обоих датчиков допускается Если преобразователь подает питание на ГЭД с постоянным возбуждением, то в главной цепи «двигатель — преобразователь» должен быть предусмотрен выключатель разъединитель, который автоматически должен разрывать главную цепь в случае неисправности инвертора (выпрямителя). Должны быть предусмотрены устройства диагностики, обнаруживающие появление таких неисправностей Полупроводниковые преобразователи, а также аппаратура цепей главного тока должны выдерживать перегрузки по току не менее чем 250%Iном в течение 2 с Преобразователи для ГЭУ должны быть рассчитаны на номинальный момент привода (номинальный момент на гребном валу). При этом должно быть учтено, чтобы кратковременные перегрузки и изменения (провалы) частоты вращения, вызванные перегрузкой, не приводили к срабатыванию защиты преобразователей Шкафы полупроводниковых преобразователей должны соответствовать требованиям пункта 4.6 и раздела 8 Российского Морского Регистра Конструкция шкафов полупроводниковых преобразователей должна предусматривать возможность быстрой замены силовых компонентов. Это может быть достигнуто применением модульной конструкции отдельных тиристоров, тиристоров одной фазы или иным способом Охлаждение полупроводниковых преобразователей Если преобразователи оборудованы принудительной системой охлаждения, то должен быть предусмотрен контроль ее состояния. В случае выхода из строя системы охлаждения должны быть предусмотрены меры, предотвращающие перегрев и выход из строя преобразователя Для систем охлаждения должна быть предусмотрена система аварийно-предупредительной сигнализации. Сигнал АПС может быть выполнен по исчезновении потока охлаждающей среды, либо по высокой температуре полупроводников Единичные неисправности в системе охлаждения преобразователей не должны приводить к отключению всех преобразователей гребной электрической установки судна. 78

79 7.0.3 Защита полупроводниковых преобразователей Эксплуатационные перенапряжения в системе питания преобразователей должны быть ограничены соответствующими устройствами, не допускающими повреждений (пробоев) тиристоров Система управления должна обеспечивать, чтобы во всех эксплуатационных и наиболее тяжелых условиях номинальный ток полупроводниковых элементов не был превышен Силовые полупроводники должны выдерживать без повреждений короткое замыкание на клеммах преобразователя. Допускается зашита от токов короткого замыкания предохранителями. Соответствующие обратные связи преобразователя должны контролировать (ограничивать) ток таким образом, чтобы ни один компонент не был поврежден даже в случае, когда преобразователь включен на двигатель с заторможенным ротором. 7. Фильтрация гармонических составляющих 7.. Должны применяться линейные фильтры, ограничивающие до допустимого уровня искажения синусоидальности напряжения на шинах ГРЩ при любых режимах работы ГЭУ Цепи каждого фильтра должны иметь защиту от сверхтоков и токов короткого замыкания. Целостность предохранителей в цепях фильтров должна контролироваться. При перегорании любого предохранителя должен быть сигнал АПС При конструировании и использовании линейных фильтров следует учитывать возможность их подключения в любой конфигурации. В частности, авто резонанс должен быть исключен при любых условиях нагрузки и сочетании работающих генераторов В случае наличия нескольких параллельных цепей фильтра должна контролироваться симметричность токов. Несимметричное распре деление токов в цепях отдельного фильтра, а также неисправность самого фильтра должны приводить к срабатыванию сигнализации (АПС). 7.2 Гребные электрические двигатели (ГЭД) 7.2. Общие требования Обмотки статоров двигателей переменного тока, а также главные и дополнительные полюса и компенсационные обмотки двигателей постоянного тока, электрических машин мощностью выше 500 квт, должны быть оборудованы датчиками температуры В отношении конструкции и смазки подшипников ГЭД должны быть выполнены требования Охлаждение ГЭД 79

80 Система охлаждения должна обеспечить достаточное охлаждение гребного двигателя при любых его нагрузках и при любых скоростях вращения ГЭД должны быть оборудованы встроенными датчиками температуры, которые должны подавать аварийно предупредительный сигнал при превышении допустимой температуры В машинах с замкнутой системой охлаждения и теплообменным аппаратом должен контролироваться также поток первичного и вторичного охлаждающего агента Должна быть предусмотрена сигнализация, контролирующая возникновение протечек. Расположение теплообменного аппарата должно быть таким, чтобы протечки воды и конденсата не попадали на обмотки В случае выхода из строя системы охлаждения гребного двигателя, должен быть предусмотрен аварийный режим работы для обеспечения маневрирования судна в сложных навигационных условиях. При этом допускается вмешательство оператора для принудительного открытия аварийных воздушных заслонок охлаждения Гребные электрические двигатели с воздушным охлаждением должны быть оборудованы двумя вентиляторами принудительной вентиляции, каждый из которых имеет подачу, достаточную для обеспечения нормальных условий работы электрического двигателя. Должна быть предусмотрена световая сигнализация о работе и аварийно-предупредительная сигнализация об остановке вентиляторов Система жидкостного охлаждения для многоякорных машин должна быть автономной для каждого якоря Защита ГЭД Защита от перегрузки в главных цепях и цепях возбуждения должна быть настроена таким образом, чтобы исключить ее срабатывание при перегрузках, вызванных маневрированием судна, при ходе в штормовых условиях, или ходе в битом льду Защита от коротких замыканий и перегрузки двигателя может обеспечиваться преобразователем. При этом должны быть приняты во внимание различия в конструкциях гребных электрических машин (машина постоянного тока, синхронная машина, асинхронная машина или машина с возбуждением от постоянных магнитов) Должно быть предусмотрено независимое устройство защиты от чрезмерной частоты вращения (разноса), как это требуется в пункте 2. части IX «Механизмы» Российского Морского Регистра. 80

81 Гребной электрический двигатель должен выдерживать чрезмерную частоту вращения в пределах рабочих характеристик защитного устройства, настроенного на срабатывание при заданной чрезмерной частоте вращения Двигатель должен выдерживать без повреждений токи внезапного короткого замыкания на его клеммах при номинальной нагрузке. Установившийся ток короткого замыкания двигателя, имеющего постоянное возбуждение, не должен приводить к термическим повреждениям обмоток и его токонесущих компонентов, токосъемных колец, кабелей, фидеров или шинопроводов. 7.3 Специальные требования к погружным поворотным гребным электрическим двигателям 7.3. Общие требования Если в рабочем состоянии пространство, где расположена электрическая машина и другое оборудование, недоступно и имеет особые окружающие условия (высокую температуру, влажность и т. п.), должны быть предусмотрены специальные меры, такие как применение особо надежных материалов и комплектующих, соответствующее количество датчиков контроля, а также специальные средства для защиты компонентов от затопления и повреждений Комплектующие элементы, элементы управления, датчики, токосъемные кольца, кабельные соединения и вспомогательные приводы должны без повреждений выдерживать вибрационные нагрузки с ускорением, по крайней мере, 4g, в диапазоне частот 3 00 Гц Датчики Датчики, которые могут быть заменены только при доковании судна, должны быть сконструированы как дублированные, т. е. с двумя чувствительными элементами в одном корпусе Подшипники Уровни наполнения масла в корпусах подшипников должны контролироваться датчиками, как на стоянке, так и при работе. Любые утечки масла должны вызывать срабатывание АПС. Это требование применимо также к циркуляционным системам смазки. Такие системы должны дополнительно быть оборудованы контролем потока смазочного масла. АПС по снижению потока смазочного масла должна быть независимой от системы управления ГЭД Температура подшипников вала должна контролироваться системой АПС и защиты, действующей в два этапа. Этап -й сигнал 8

82 АПС, этап 2 й остановка двигателя. Система защиты должна быть независимой от системы индикации температуры подшипников и АПС Колодцы в гондолах ППГЭД Уровень воды в колодцах гондол и помещений, связанных с ними, должен контролироваться датчиками уровня. В дополнение к датчикам верхнего уровня воды в колодцах, работающим на АПС, должны быть предусмотрены независимые датчики, исключающие ложные срабатывания, для контроля верхнего аварийного уровня, которые автоматически останавливают ППГЭД Система обнаружения пожара Должна быть предусмотрена эффективная система пожарообнаружения, предусматривающая необходимое количество и типы датчиков. Общие требования к таким системам изложены в пункте 7.5 Российского Морского Регистра Доступные пространства (в гондоле двигателя) В пространствах гондолы, где проводятся регулярные профилактические работы и осмотры оборудования, должна быть предусмотрена система освещения и вентиляции Защита ППГЭД Двигатели мощностью более МВт и все двигатели с постоянным возбуждением должны иметь защиту от внутренних повреждений, которая также защищает линию главного тока между полупроводниковым преобразователем и двигателем. Отключение поврежденного (неисправного) оборудования должно быть выполнено с соответствующей выдержкой времени и подачей аварийно предупредительного сигнала Влажность воздуха в двигателях с замкнутой системой воздушного охлаждения должна контролироваться. При превышении допустимого уровня влажности должен быть предусмотрен сигнал АПС Цепи главного тока питания двигателя Кабели питания, имеющие высокую допустимую рабочую температуру, должны прокладываться отдельно от других кабелей. Если необходимо, должны предусматриваться разделяющие устройства, препятствующие контактам внешних оболочек кабелей Степень защиты оболочек (IР) для всех контактных соединений, оконцеваний кабелей и шинных соединений, должна быть такой же, как и степень защиты оболочки двигателя, однако, не менее чем ГР44. Эти требования распространяются также на кабели управления. 82

83 7.3.9 Токосъемные кольца Если данные от датчиков обратных связей, контролируемых параметров и т. п. передаются через систему информационных шин токосъемных колец, то система шин должна быть дублированной. Выход из строя любой из систем шин должен вызывать срабатывание АПС Блок токосъемных колец, оборудованный внешней принудительной системой охлаждения, должен быть способен работать без системы охлаждения определенный период времени. Выход из строя системы охлаждения должен вызывать срабатывание АПС Азимутальный привод Азимутальный привод должен соответствовать требованиям, предъявляемым к рулевым машинам, в соответствии с требованиями Для всех электрических и гидравлических компонентов системы должен быть обеспечен принцип локализации (исключения влияния на функционирование) единичной неисправности. Безопасное функционирование судна должно быть обеспечено вне зависимости от углового положения руля и скорости судна, в любой момент времени, когда происходит неисправность. Проектант должен разработать и представить на согласование «Анализ влияния видов неисправностей» (FМЕА) Положение угла разворота азимутального привода должно быть указано механическим индикатором на шкале в месте установки привода (румпельное отделение) Для каждой азимутальной установки должно быть предусмотрено, как минимум, два независимых электрических привода для разворота. Один из этих приводов должен получать питание от ГРЩ, а другой от АРЩ Азимутальные электрические приводы должны иметь защиту от перегрузки (допускается осуществлять системой преобразователя) и от короткого замыкания. Они должны быть способны обеспечить 60 % номинального момента, необходимого для обеспечения номинальной скорости разворота в соответствии с требованиями пункта части VII «Механические установки» Российского Морского Регистра. Азимутальные приводы иной конструкции, например гидравлические, должны также соответствовать изложенным выше требованиям Азимутальный угол упора должен быть ограничен до +35. При небольшой пропульсивной мощности и, следовательно, при небольшой скорости судна, или при аварийном «Стоп маневре», это ограничение может быть снято системой управления. 83

84 Азимутальный угол упора должен ограничиваться в зависимости от ступеней задаваемой скорости судна для того, чтобы не подвергать судно опасности (из-за чрезмерного упора во время поворота). Система таких ограничений (блокировок) должна быть обеспечена необходимым резервированием и должна действовать независимо от системы управления азимутальным углом (разворотом гондолы ГЭД) Достижение или превышение допустимых величин ограничений азимутального угла должно вызывать срабатывание АПС. После срабатывания ограничения должно быть возможным возвращение привода к допустимым углам разворота привода без ручного возврата Оборудование, обеспечивающее функционирование и индикацию азимутального привода, должно быть выполнено так, чтобы обеспечивалась четкая и понятная индикация положения задаваемого направления упора гребного винта или направления движения судна. Для оператора должно быть четко различимо, какое из двух заданий было выбрано: направление движения судна, или направление упора гребного винта ГЭУ Местный пост управления для азимутальной установки должен быть оборудован следующим приборами: ) амперметрами для каждой системы питания каждого компонента нагрузки; 2) индикаторами азимутальных углов (углов разворота) для каждого привода; 3) индикаторами готовности системы питания для каждого привода; 4) индикаторами нарушения (неготовности) системы питания для каждого привода; и предусматривать следующее: 5) ограничение мощности (от преобразователя); 6) управление из ЦПУ; 7) управление с ходового мостика; 8)управление с местного поста управления; 9) индикацию «в работе» для соответствующего привода гребного винта. Местный пост управления может быть активирован (введен в действие) на месте в любое время и должен иметь высший приоритет (доминирование). 7.4 Системы управления гребными электрическими установками 7.4. Системы управления электроэнергетической установкой ГЭУ Для систем питания ГЭУ с генераторами, работающими 84

85 параллельно, должна предусматриваться автоматизированная система управления электростанцией, обеспечивающая адекватное генерирование электроэнергии в соответствии с потребностями конкретных режимов работы ГЭУ, в том числе при ходе в море и маневрировании. Автоматическое отключение генераторов по сигналу достаточности или избыточности мощности в режиме маневрирование не допускается В случае снижения частоты на шинах ГРЩ, перегрузки по току, или перегрузке и реверсе мощности, передаваемая на гребную электрическую установку мощность должна автоматически ограничиваться (во избежание обесточивания глин ГРЩ) Если генераторы работали параллельно и один из них был отключен системой защиты, то автоматизированная система управления электростанцией должна автоматически снизить мощность гребной электрической установки с тем, чтобы оставшиеся генераторы были защищены от неприемлемых перегрузок и продолжали бы работать при допустимых нагрузках. Это же требование должно быть применимо к разделительным автоматическим выключателям на шинах ГРЩ Срабатывание автоматического разделительного выключателя шин ГРЩ не должно приводить к неисправности в системе. При этом не требуется, чтобы система управления электростанцией оставалась в автоматическом режиме, если система питания разделена Любая потеря автоматических функций системы управления должна приводить к срабатыванию АПС Расположение постов управления ГЭУ Посты управления ГЭУ могут быть расположены в любом удобном месте, в соответствии с назначением судна. Если предусматриваются посты управления вне машинного помещения, т. е. на мостике, или других местах, то должны также предусматриваться посты управления в машинном помещении, или в ЦПУ Местный пост управления является доминирующим и должен располагаться в непосредственной близости от привода, или полупроводниковых преобразователей. Изменения режимов ГЭУ, задаваемые с этого поста должны индицироваться системой, показывающей заданную и выполненную команды При наличии нескольких постов управления должен быть предусмотрен переключатель постов, расположенный в помещении доминирующего поста управления. Такой переключатель должен обеспечивать включение любого, но только одного поста управления 85

Читайте также:  Установка электроподогревателя двигателя на газель некст

86 (центральный и бортовые посты на ходовом мостике рассматриваются, как один пост) Каждый пост управления должен быть оборудован устройством аварийной остановки ГЭД, независимым от системы управления и активным (включенным) постом управления Главный и местный посты управления Должны предусматриваться, как минимум, два независимых друг от друга поста управления ГЭУ — главный пост и местный пост управления В случае повреждения, неисправности, или потери питания системы управления на главном посту должно быть предусмотрено управление преобразователями ГЭУ с местного поста управления Системы управления на мостике должны быть выполнены таким образом, чтобы система управления разворотом (изменением азимута упора) действовала независимо от системы управления частотой вращения и реверсом ГЭД гребной электрической установки Срабатывание АПС по всем параметрам гребной электрической установки должны квитироваться на местном посту управления. Предупредительные сигналы, которые не требуют срочного последующего вмешательства персонала, могут квитироваться на главном посту управления (на ходовом мостике), с обязательным последующим квитированием на местном посту Повторный старт (пуск) ГЭУ должен быть возможен с обоих постов управления (местного и главного), в зависимости от того, какой пост был заранее выбран. После обесточивания ГРЩ повторный запуск гребной установки должен быть возможен с главного поста управления Если управление со щита или с пульта гребной электрической установки осуществляется с применением электрического, пневматического или гидравлического привода, то выход из строя этого привода не должен сопровождаться отключением гребной электрической установки, а каждый из постов на щите или пульте должен быть немедленно готов к действию вручную Допускается применение механически связанных постов, установленных в ходовой рубке (на мостике), для синхронной их работы Система дистанционного управления гребной электрической установкой должна иметь такую конструкцию, чтобы не требовалось выдержки времени со стороны персонала при перекладке рукоятки 86

87 управления на посту управления Система управления гребной электрической установкой должна иметь блокировку, исключающую возможность приведения в действие установки при включенных валоповоротных устройствах Каждый пост управления должен иметь световую сигнализацию о наличии напряжения в цепи управления Измерительное, индицирующее и контролирующее оборудование Неисправности в системах измерения, контроля и индикации не должны приводить к неисправностям в системе управления ГЭУ, например, неисправность датчика действительной величины (частоты вращения) или датчика величины опорного сигнала частоты вращения, не должны приводить к чрезмерному увеличению частоты вращения гребного винта На местном (доминирующем) посту управления должны быть предусмотрены: ) амперметры для каждой линии питания каждого силового компонента установки (ток статора каждой обмотки и т. п.), а также в цепи возбуждения (для систем с регулируемым возбуждением); 2) вольтметры для каждой линии питания каждого силового компонента установки, а также для питания системы возбуждения (для систем с регулируемым возбуждением); 3) индикатор частоты вращения каждого гребного вала; 4) индикатор «Электростанция готова к работе ГЭУ»; 5) индикатор «Электростанция не готова к работе ГЭУ»; 6) индикатор «Ограничение мощности ГЭУ» (от конвертера); 7) индикатор «Управление из ЦПУ»; 8) индикатор «Управление с ходового мостика»; 9) индикатор «Управление с местного поста управления» На главном посту управления (на ходовом мостике) должны быть предусмотрены: ) индикаторы частоты вращения каждого гребного вала; 2) приборы измерения мощности каждого вала; 3) индикатор «Электростанция готова к включению» (дополнительных генераторов); 4) индикатор «Электростанция готова к работе ГЭУ»; 5) индикатор «Электростанция не готова к работе ГЭУ»; 6) индикатор «Ограничение мощности ГЭУ»; 87

88 7) индикатор «Требуется снизить мощность», — если не включена система автоматического управления, или включена кнопка «оуегпйе» (отмена автоматического управления станцией); 8) индикатор «Управление из ЦПУ»; 9) индикатор «Управление с ходового мостика»; 0) индикатор «Управление с местного поста»; ) индикация генераторов, работающих на ГЭУ; 2) индикатор мощности, остающейся в резерве (рекомендуется) Если предусмотрено два или более постов управления для изменения скорости и угла разворота лопастей ВРШ, то на каждом из этих постов должны быть предусмотрены индикаторы, как изменения скорости, так и угла разворота лопастей ВРШ На посту управления в ЦПУ должны быть предусмотрены: ) индикаторы частоты вращения каждого гребного вала; 2) приборы измерения мощности каждого вала; 3) индикатор «Электростанция готова к включению» (дополнительных генераторов); 4) индикатор «Электростанция готова к работе ГЭУ»; 5) индикатор «Электростанция не готова к работе ГЭУ»; 6) индикатор «Ограничение мощности ГЭУ»; 7) индикатор «Требуется снизить мощность», если не включена система автоматического управления, или включена кнопка «оуеггме» (отмена автоматического управления станцией); 8) индикатор «Управление из ЦПУ»; 9) индикатор «Управление с местного поста»; 0) индикатор «Управление с ходового мостика»; ) индикация генераторов, работающих на ГЭУ. Перечень контролируемых параметров системой АПС указан в таблицах и Отказоустойчивость систем управления ГЭУ Системы управления ГЭУ с применением процессоров должны соответствовать требованиям разд. 7 части XV «Автоматизация» Потеря питания или неисправности любых других систем управления и контроля не должны приводить к потере хода и управления ГЭУ, управляемости судна или азимутального привода Гребная электрическая установка, азимутальные приводы и их системы управления должны иметь систему самоконтроля и АПС для быстрого обнаружения неисправностей. 88

89 Большинство возможных неисправностей, таких как потеря питания, обрыв или короткое замыкание в кабелях и проводах, должны приводить к наименее критическому из всех возможных новых состояний судна (выход из строя в безопасную сторону). 7.5 Электрические муфты 7.5. Общие требования Электрические муфты должны иметь конструкцию, допускающую демонтаж муфты без разборки приводного двигателя или редуктора. Электрические муфты должны быть сконструированы и расположены таким образом, чтобы к ним был обеспечен свободный доступ для обслуживания, замены щеток и измерения воздушного зазора без демонтажа муфты Корпуса и подшипниковые щиты должны изготовляться из стали или равноценного по прочности материала Вращающиеся части муфт, а также их обмотки должны быть сконструированы и закреплены таким образом, чтобы в случае внезапной остановки они не получили повреждений. Электрические муфты не должны создавать осевых усилий. Степень балансировки муфт должна отвечать требованиям пункта 4..2 части IХ «Механизмы» Российского Морского Регистра Максимальный момент в режиме форсировки возбуждения не должен превышать двукратного номинального момента муфты. Требования настоящей главы распространяются также на электрические муфты, устанавливаемые в других системах Защита и блокировка Система соединения муфты должна быть разработана таким образом или применена такая блокировка, чтобы исключалась возможность подачи возбуждения на муфту во время пуска или реверса главного двигателя. При работе нескольких приводных двигателей на общую передачу должна применяться блокировка в схеме возбуждения электрических муфт, исключающая одновременное включение приводных двигателей, вращающихся в противоположных направлениях Возбуждение электрических муфт Обмотки возбуждения электрических муфт должны быть защищены от перенапряжения. В цепи возбуждения электрических муфт должны быть установлены: 89

90 ) двухполюсный выключатель; 2) устройство гашения магнитного поля; 3) защита от короткого замыкания. 90

91 8 СТРУКТУРЫ СИЛОВЫХ СХЕМ ГЭУ РАЗЛИЧНЫХ СУДОВ Здесь рассмотрены силовые схемы ГЭУ с целью ознакомления с построением силовых структур, на примере конкретных судов. 8. Атомный ледокол «Арктика» 8.. Краткая характеристика ледокола Построен на Балтийском судостроительном заводе в 97 году. Тип судна атомный трехвальный турбоэлектрический ледокол с избыточным надводным бортом и развитой пятиярусной средней надстройкой. Основные данные: Длина наибольшая, м. 47,9 Ширина наибольшая, м. 29,9 Высота борта до верхней палубы, м. 7,2 Осадка, м. Водоизмещение наибольшее, т Мощность главных турбогенераторов, л.с Распределение мощности по винтам. : : Максимальная скорость судна, уз. 2 Для повышения ледоходности, а также быстрого освобождения при заклинивании в тяжелых льдах предусмотрены дифферентная и креновые системы с дистанционным управлением из ходовой рубки Энергетическая установка Энергетическая установка состоит из атомной паропроводящей установки (АППУ), паротурбинной установки, судовой электростанции, водоопреснительной установки и парогенераторов низкого давления. Паротурбинная установка включает в себя два главных турбогенератора (ГТГ) мощностью л.с. каждый. Вращение без редуктора. Последовательно соединено три генератора переменного тока. Длина агрегата 9,2 м, масса 234 т. Водоочистительная установка служит для приготовления дистилета, используемого в контурах АППУ. Парогенераторы низкого давления предназначены для обеспечения бытовых нужд. Вспомогательная котельная установка работает в режиме стоянки при неработающей АППУ. На ледоколе две основные (носовая и кормовая) и одна аварийная электростанции (ЭС) напряжением 380 В, 50 Гц. Носовая: 2 турбогенератора ТК квт и один ГРЩ. 9

92 Кормовая: 3 турбогенератора ТК квт и один РЩ Принцип построения ГЭУ При проектировании ГЭУ рассматривались следующие варианты: ) с ГЭД постоянного тока и СГ с неуправляемыми выпрямителями; 2) с ГЭД постоянного тока и СГ с управляемыми выпрямителями; 3) с ГЭД переменного тока и СГ и ПЧ; 4) АВК. Из всех перечисленных первая схема показалась на тот момент времени наиболее реализуема. Применение генераторов переменного тока и возможность их использования практически на любой частоте вращения позволили: а) соединить турбину с генераторами без редуктора: б) разработать главную турбину с оптимальным и техническими характеристиками; в) скомпоновать 2 турбины и 6 генераторов в одном машинном отделении; г) снизить уровни шума и вибрации; д) повысить на 2-2,5% КПД (по сравнению с постоянным током). При аварийном выходе из строя атомной установки, в течение времени, необходимого для пуска и подключения резервных или аварийных источников электроэнергии, питание электродвигателей ответственных потребителей, механизмов, обеспечивающих живучесть установки, может производиться либо от турбогенераторов, работающих на остаточной паропроизводительности (т.е. за счет использования теплового выбега), либо от специально устанавливаемых для этого аккумуляторных батарей и обратимых преобразователей. Второй способ значительно усложняет систему питания, требует дополнительных помещений для размещения электрооборудования, увеличивает его первоначальную стоимость и последующие расходы при эксплуатации. Расчеты показали, что при выбранном для ледокола конкретном типе АППУ время теплового выбега главного турбогенератора мощностью л.с. может оказаться недостаточным, так как оно соизмеримо со временем подключения аварийных источников. Бесперебойное питание, необходимое для потребителей первой категории, может быть обеспечено только при помощи автономных вспомогательных турбогенераторов (ВТГ) меньшей мощности. Это основная причина, по которой отбор мощности главных генераторов был признан нецелесообразным. Дальнейшие испытания подтвердили правильность 92

93 решения, так как оставшиеся в работе ВТГ обеспечивают надежное питание до запуска аварийных дизель-генераторов. Рисунок 8. Структурная схема ГЭУ В состав ГЭУ (рисунок 8.) входят два главных турбогенератора ГТП, ГТГ2, 6 выпрямительных установок ВУ, 3 двухъякорных ГЭД, 6 нереверсивных тиристорных возбудителей генераторов ВТ, 6 реверсивных тиристорных возбудителей ГЭД, пульт электродвижения ПДУ и т. д Основные элементы ГЭУ ) Главные генераторы. Главные генераторы имеют следующие номинальные характеристики: Полная мощность, кв-а Номинальная мощность, квт Напряжение, В Ток фазы, А Частота тока, Гц. 6,7 Частота вращения, об/мин Напряжение возбуждения, В Ток возбуждения, А

94 Генератор имеет одну обмотку возбуждения и две статорных, имеющих относительно друг друга фазовый сдвиг в 27 эл. град.; число выводов обмотки статора 2. 2) Выпрямительные установки. В качестве выпрямительных установок применены 6 установок типа ВУКЭП Каждая состоит из двух неуправляемых мостов, подключенных к статорным обмоткам. Имеет место 2-фазная схема выпрямления. Уровень пульсации выпрямленного напряжения 8-0%. Выпрямительный мост собран по трехфазной схеме с применением кремниевых вентилей типа ВКДЛ-200 и состоит из четырех разъемных блоков: трех одинаковых силовых блоков и одного блока с вентилятором и воздухоохладителем. Каждое плечо выпрямительного моста имеет 8 параллельно соединенных цепочек, состоящих из двух последовательно включенных вентилей и быстродействующего предохранителя. Габаритные размеры установки: 4,2×3,2×2,5. Масса 9000 кг. КПД 99%. 3) Гребные электродвигатели. Для привода гребных винтов применены три двухъякорных ГЭД постоянного тока 2МШ7600-В. Номинальные характеристики: Мощность, квт. 2х(8800/8350/800/800) Частота вращения, об/мин /65/78/85 Напряжение на якоре, В Ток якоря, А /8700/8400/8400 КПД,%. 95,3 Напряжение возбуждения, В Ток возбуждения, А ) Возбудители. Для питания обмоток возбуждения генераторов и ГЭД применены шесть нереверсивных статических возбудителей генераторов (ВГ) ВАКС с выходным напряжением 220В и силой тока 300 А и шесть реверсивных статических возбудителей якорей ГЭД (ВД) ВАКСР с выходным напряжением 220 В и силой тока 250 А. Возбудители собраны по трехфазной мостовой симметричной схеме. Возбудители якорей ГЭД состоят из двух нереверсивных преобразователей. В одном из них вместо силового трансформатора установлено 4 уравнительных реостата Схема главного тока и основные режимы работы Схемы главного тока всех трех гребных электродвигателей одинаковы, и каждая состоит из двух электрически не связанных между собой контуров (рисунок 8.2). Носовой якорь ЯН получают питание от правого 94

95 турбогенератора, кормовой якорь ЯК — от левого. Такое построение схемы обеспечивает работу каждой главной турбины одновременно на все три гребных электродвигателя, что особенно важно в случае выхода из строя одной из турбин при нахождении судна в ледовых условиях. Мощности оставшейся в работе турбины вполне достаточно для обеспечения проводки судов на небольших скоростях. Использование полной мощности турбины достигается включением генератора на оба последовательно соединенных якоря гребного электродвигателя; при включении генератора на один якорь загрузка турбины составляет около 0,7 номинальной. Включение генераторов в работу и выключение их производится избирательными переключениями И, ПИ, имеющими три положения. Каждый генератор может быть включен на один или два соединенных последовательно якоря ГЭД. В зависимости от этого они могут работать в следующих режимах: ) два ГТГ на три ГЭД (шесть генераторов на шесть якорей ГЭД); 2) ГТГ на три ГЭД с раздельным соединением якорей (три генератора турбины на носовые якоря ГЭД); 3) ГТГ на три ГЭД с последовательным соединением якорей (три генератора турбины на шесть якорей, якоря каждого ГЭД соединены последовательно); 4) тот же, что и режим 2, но при работе турбины 2 на кормовые якоря ГЭД; 5) тот же, что и режим 3, но при работе турбины 2. 95

96 Рисунок 8.2 Принципиальная схема главного тока одного ГЭД Независимо от условий плавания ледокола обычно применяется режим, так как при необходимости экономические (частичные) режимы установки получают не отключением части генераторов, как на дизельэлектрических установках, а выбором одного из пяти уровней мощности ГЭУ (00, 90, 55 и 25%) путем регулирования возбуждения генераторов. Поэтому режимы 2-5 применяют только в случае выхода из строя одной турбины, причем 2 и 4 — только при плавании ледокола в легких условиях с недогрузкой турбины, а 3 и 5 — когда необходимо использовать полную мощность оставшейся в работе турбины. В зависимости от количества исправных генераторов и якорей ГЭД могут быть получены и другие варианты схем главного тока с неравномерной и равномерной загрузкой ГЭД и их якорей. Наличие индивидуального выключателя для каждого генератора позволяет производить операцию по их включению и отключению сравнительно быстро и просто. И4 используют для автоматического разрыва цепи главного тока. Размыкание с выдержкой 0,3 с обеспечивает разрыв при несколько пониженном напряжении главных генераторов. Избирательные переключатели выполнены с применением в качестве главных контактов трех однополюсных выключателей ВВ-00-2 и двухполюсного автоматического выключателя перегрузки АВ Шинопроводы состоят из четырех шин сечением 200x мм, проложены в специальных 96

97 коридорах и закрыты легкими защитными кожухами. Шинопроводы имеют протяженность 550 м. 8.2 Дизель-электрические ледоколы типа «Ермак» 8.2. Краткая характеристика ледокола В годах вступили в строй самые мощные дизель-электрические ледоколы «Ермак», «Адмирал Макаров», «Красин», построенные на финской верфи. Основные данные: Длина наибольшая, м. 35 Ширина наибольшая, м. 26 Высота борта до верхней палубы, м. 6,7 Осадка наибольшая,м. 7 Водоизмещение, т Мощность дизеля, л.с Мощность на гребных валах, л.с Скорость в свободной воде, уз. 2 Число гребных винтов. 3 (корма) Распределение мощности по винтам. Ледокол имеет 4 непрерывные палубы, две платформы и пятиярусную надстройку. В среднем ярусе надстройки находится рубка. Есть взлетнопосадочная площадка, ангар 26×8м Энергетическая установка В состав установки входит следующее основное оборудование: — девять главных дизель-генераторов, каждый из которых состоит из дизеля мощностью 4600 л.с. при частоте вращения 380 об/мин и генератора постоянного тока мощностью 3080 квт напряжением 800 В; — три сдвоенных ГЭД постоянного тока, каждый мощностью 2×440 квт, напряжением 200 В. Четыре Д — Г расположено в носовом и пять — в кормовом отделениях. Для питания судовых потребителей предусмотрено 6 вспомогательных дизель-генераторов переменного тока мощностью 26 квт, напряжением 400 В при частоте вращения 750 об/мин Схема главного тока Схемы главного тока всех трех гребных электродвигателей в основном аналогичны. Каждая состоит из трех главных генераторов и одного двухъякорного гребного электродвигателя, соединенных переменнопоследовательно в один контур (рис. 8.3). При необходимости главные генераторы с помощью переключающих разъединителей ПР могут 97

98 подключаться к различным гребным электродвигателям. Генераторы, исходящие обычно в контур среднего ГЭД, могут также подключаться к любому из двух контуров бортовых ГЭД, а генераторы бортовых контуров только к контуру среднего ГЭД. Включение генераторов в контур производится генераторными выключателями ГВ. Имеется блокировка, которая позволяет включать их в том случае, если переключающим разъединителем генератор подключен к этому выключателю. Посредством генераторных выключателей можно выключать и включать генераторы во время работы установки, так как их контакты работают с перекрытием. При включении сначала замыкается цепь якоря, а затем размыкается средний (шунтирующий) контакт; выключение происходит в обратном порядке: якорь генератора замыкается накоротко, а затем отключается. Система главных шин каждого полюса разделена на две части, по которым проходит главный ток. Для измерительных приборов и реле предусмотрены собственные шунты. Приборы защиты главных генераторов от тока короткого замыкания смонтированы на шинах главного тока. В случае неисправности эти защиты отключают соответствующий генераторный выключатель. Рисунок 8.3 Принципиальная схема главного тока ГЭУ ледоколов типа «Ермак» К системе подключены датчики Холла для измерения мощности. 98

99 8.2.4 Схема возбуждения Обмотки возбуждения получают питание от реверсивных тиристорных возбудителей, каждый из которых состоит из двух мостов, включенных встречно-параллельно. На каждые три генератора, питающие один ГЭД, предусмотрены два реверсивных возбудителя: основной и резервный, имеющие отдельные трансформаторы питания. 8.3 Паром «Дойчланд» На рисунок 8.4 приведена схема ГЭУ парома «Дойчланд» (ФРГ). В состав электроэнергетической установки судна входят: а) девять бесщеточных синхронных дизель-генераторов мощность по 200 кв-а (часовая мощность 2400 кв-а); б) четыре силовых блока тиристорных выпрямителей мощность по 5300 квт, рассчитанные на напряжение 000 В переменного тока и выпрямленный ток 4400 А; в) два двухъякорных ГЭД мощностью 2×3860 квт, напряжением 200 В; г) два носовых подруливающих устройства мощностью по 750 квт с частотой вращения 980 об/мин; д) два трансформатора по 2000 кв-а. Используются генераторы с двумя самосмазывающимися подшипниками и вентиляцией по разомкнутому циклу с воздухоохладителями, ГЭД — с тремя подшипниками скольжения с кольцевой смазкой и нагнетательным масляным насосом, автоматически действующим при падении частоты вращения ниже 20 об/мин. Питание тиристорных выпрямителей осуществляется от двойной системы сборных шин, связанных междушинными выключателями. Питание двух якорей одного ГЭД производится от разных секций. При одновременной аварии обеих секций (что маловероятно) предусматривается переключение тиристорных блоков на вторую систему сборных шин (одну из секций) с помощью кабельных перемычек. Вторая система шин представляет собой высоковольтные секции шин судовой сети, на которые также могут включаться один или два главных генератора. При замкнутом междушинном выключателе на секции электродвижения могут работать не более пяти генераторов. В случае короткого замыкания отключение этого выключателя осуществляется за мс. От шин электродвижения получают также питание асинхронные двигатели подруливающих устройств. 99

100 шины электродвижения; 2 шины судовой электростанции 000 В, 50 Гц; 3 шины неотключаемой нагрузки; 4 шины судовой электростанции 400 В, 50 Гц; АДГ аварийный дизель-генератор; ПУ, ПУ2 подруливающие устройства с приводным асинхронным фазным электродвигателем; АР. АР4 анодные реакторы; Др. Др4 сглаживающие дроссели. Рисунок 8.4 Принципиальная схема ГЭУ парома «Дойчланд» Питание шин общесудовых потребителей осуществляется от двух трансформаторов 000/380 В мощность по 2000 кв-а. При повреждении этих шин производится автоматический запуск аварийного дизель-генератора мощностью 570 кв-а с частотой вращения 500 об/мин, обеспечивающего питание секции ответственных потребителей. При работе на шины электродвижения частота вращения дизельгенераторов может изменяться системой управления в диапазоне об/мин, при этом обеспечивается изменение частоты тока в диапазоне Гц и напряжения в диапазоне В. Обмотки возбуждения ГЭД соединены последовательно и получают питание от шин 380 В через реверсивный тиристорный возбудитель. Генераторы могут включаться на параллельную работу автоматически и вручную через устройства грубой синхронизации. Контроль неисправностей и измерение параметров осуществляются в 700 точках системой централизованного автоматического контроля. 8.4 Пассажирское судно на 300 человек 8.4. Краткая характеристика Назначение — пополнение флота ММП и СМП для линии Мурманск — Архангельск круизных рейсов. Основные данные: 00

101 Длина между перпендикулярами, м. 05,6 Ширина, м. 8,6 Осадка, м. 4,8 Высота борта, м. 9,7 Водоизмещение полное, т Скорость, уз. 9 Мощность, квт. 2×3360 Мощность подруливающего устройства носового, квт Схема главного тока Структурная схема главного тока представлена на рисунке 8.5. В состав комплекта ЕЭЭУ входит следующее электрооборудование: а) два трехфазных синхронных генератора мощность по 3200 квт и два генератора мощностью по 2300 квт при соsφ = 0.8, 6.3 кв, 50 Гц, 750 об/мин (МG — МG4), с возбудителем и подвозбудителем, навешенными на вал генератора, с приводом от дизелей 8R32 и 6R.32 соответственно; б) главное распределительное устройство (МS), 6.3 кв, с соответствующей защитной и контрольной аппаратурой; в) четыре понижающих трансформатора 6.3/3.3 кв, мощностью по 2800 квт каждый (ТV-ТV4); г) четыре тиристорных преобразователя частоты типа «Sami Меgastar 2800 D3300» мощностью по 900 квт, 3.3 кв, 0-50 Гц, (UZ -UZ4); д) два гребных асинхронных электродвигателя (М, М2) типа АМВ 560 L6, мощностью по 3360 квт, двухобмоточных, 3.3 кв, 50 Гц, 900 об/мин, приводящих гребные винты через редукторы 900/200 об/мин; е) два понижающих трансформатора (ТV5, ТV6) мощностью по ква, 6.3/0.4 кв для питания общесудовых потребителей; ж) распределительный щит (ГРЩ), 400 и 230 В (МS) для питания общесудовых потребителей; з) один аварийный дизель-генератор (ЕDG), с автозапуском при исчезновении напряжения на ГРЩ, 400 В с генератором мощностью 00 квт, 400 В, 50 Гц; и) аварийный распределительный щит (ЕS); к) понижающие трансформаторы 400/230 В мощностью по 60 квт для питания судовых потребителей 220 В; л) один вращающийся преобразователь 400/230 В (М — О) для питания потребителей с КНИ 102 Рис. 8.5 Структурная схема главного тока ЕЭЭУ пассажирского судна Массогабаритные характеристики электрооборудования ЕЭЭУ представлены в таблице 8.. Таблица 8. Состав и массогабаритные характеристики ЕЭЭУ пассажирского судна п/п Наименование электрооборудования Количество, шт Габариты LхВхН, мм Масса одной ед., т Общая масса в компл екте, т Главные генераторы: а) мощностью 3200 квт б) мощностью 2300 квт x3000x x2000x Преобразователи частоты «8агш» x240x

103 3 Главное распределительное устройство, 6.3 кв 4 Понижающие трансформаторы 6.3/3. ЗкВ, 2500 кв-а Окончание таблицы 8. 5 Гребные электродвигатели асинхронные 6 Понижающие трансформаторы 6.3/0.4 кв, кВт\ 7 Главный распределительный щит 400 и 230 В 8 Аварийный распределительный щит, 400 В 9 Вращающийся преобразователь 400/230 В, 50 квт 000x535x x285x x2050x x000x x700x x700x x000x Рудовоз-контейнеровоз для Арктики 8.5. Краткая характеристика Назначение — перевозка руды, генеральных грузов и контейнеров на Дудинской и других линиях Арктического бассейна. Район плавания неограниченный, включая полярные и тропические широты. Основные данные: Длина наибольшая, м Ширина наибольшая, м Осадка по КВЛ, м. 9,5 Высота борта на миделе по ВП, м

104 Водоизмещение с полными запасами, т Автономность судна, суток Скорость судна, уз Мощность гребного винта, квт Схема главного тока Структурная схема главного тока рудовоза-контейнеровоза представлена на рисунке 8.6. В состав комплекта ЕЭЭУ входит следующее электрооборудование: а) три трехфазных синхронных генератора мощность по 4920 квт и один синхронный трехфазный генератор мощностью 2460 квт при соsφ = 0.8, 6.3 кв, 50 Гц, 750 об/мин, с возбудителем и подвозбудителем, навешенными на вал генератора, с автоматическим регулированием напряжения (МG — МG4); б) главное распределительное устройство (М8), 6.3 кв, с соответствующей защитной и контрольной аппаратурой; в) два понижающих трансформатора 6.3/3.3 кв, мощностью по 8500 кв- А (ТV-ТV2); г) два тиристорных преобразователя частоты типа «Sami Megastar 0000 D 3300» мощностью по 8000 квт (0000 кв-а), 3.3 кв, 50 Гц, (UZ,UZ2); д) два асинхронных трехфазных электродвигателя типа АМВ 70 Ь6, мощностью по 8000 квт, 3.3 кв, 50 Гц, 900 об/мин (М, М2), приводящие один редуктор типа 700 фирмы «Lohmann + Stolterfoht», связанный с гребным валом; е) два понижающих трансформатора 6.3/0.4 кв мощностью по 400 кв- А каждый (ТУЗ — ТУ4) для питания общесудовых потребителей; ж) главный распределительный щит 400 и 230 В (МS); з) один вращающийся преобразователь 400/230 В мощностью по 50 квт для питания потребителей с КНИ 105 Рисунок 8.6 Структурная схема главного тока ЕЭЭУ рудовозаконтейнеровоза 8.6 Гребная электрическая установка с пропульсивной системой Азипод Азипод представляет собой замкнутый в гондолу электропропульсивный блок, разворачивающийся на 360 и рассчитанный на мощность до 25 МВт. Блок Азипод состоит из электродвигателя переменного тока с одной или двумя катушками обмоток, который приводит во вращение винт фиксированного шага. Управление двигателем осуществляется преобразователем частоты, с помощью которого достигается полное регулирование крутящего момента в обоих направлениях. Структурная схема главного тока двухвального пассажирского судна с ГЭУ на основе системы Азипод представлена на рисунке

106 Рисунок 8.7 Структурная схема ЕЭЭУ 8.7 Проект МСТ (морской сухогрузный транспорт) Основные технические характеристики ЭЭС с ГЭУ проекта МСТ В состав ЭЭС входят: — главная судовая электростанция (СЭС); — вспомогательная СЭС; — аварийная СЭС; — комплекта электрораспрелелитсльных устройств (ЭРУ); — системы управления СЭС. Главная СЭС предназначена для питания ГЭУ. Вспомогательная СЭС обеспечивает питанием общесудовые приемники электроэнергии. Аварийная обеспечивает питанием наиболее ответственные приемники электроэнергии в случае обесточиванния главного распределительного щита (ГРЩ). В некоторых режимах (экономход) возможен отбор мощности от главной СЭС для питания общесудовых приемников электроэнергии В состав главной СЭС входят: — главные дизель-генераторы — 4 шт.; — щит электродвижения (ЩЭД) — шт.; — источник бесперебойного питания (ИБП) — шт.; — зарядно-разрядный щит (ЗРЩ) — шт.; — силовые трансформаторы — 2 шт.; В состав вспомогательной СЭС входят: 06

107 — вспомогательные дизель-генераторы (ВДГ) — 4 шт.; — главный распределительный щит (ГРЩ) — шт.; — силовые трансформаторы — 2 шт. В состав аварийной СЭС входят: — аварийный дизель-генераторы (АДГ) — шт.; — аварийный распределительный щит (ЛРЩ) — шт.; — силовые трансформаторы — 2 шт.; В состав ГЭУ входят: — гребной электродвигателъ (ГЭД) — шт.: — силовые управляемые выпрямители (УВ) — 2 шт.; — силовые согласующие трансформаторы (Тр — 2 шт.; — реверсивные тиристорные возбудители (РТВ) — 3 шт. — система управления и контроля ГЭУ (СУ ГЭУ) — компл.; — устройство контроля сопротивления изоляции — 2 шт. Состав и технические характеристики основного оборудования ЭЭС с ГЭУ приведены в таблице 8.2 Таблица 8.2 Состав и технические характеристики оборудования ЭЭС с ГЭУ Наименование оборудования ГДГ ВДГ АДГ Кол -во 4 шт. 4 шт. шт. Технические характеристики Наименование Значение Мощность 560 квт Напряжение 400 В Мощность 320 квт Напряжение 400 В Мощность 236 квт Напряжение 400 В Мощность 2×2580 квт Тр ГЭД Согласующий шт. 2 шт. Напряжение Частота вращения Мощность Входное напряжение Выходное напряжение Схема соединения обмоток 000 В 0/70 об/мин 350 ква 380 В 485 В звезда/звезда/треуго льник 07

108 Продолжение таблицы 8.2 УВ 2 шт. РТВ 3 шт. ЩЭД шт. Тип Мощность Входное напряжение Число фаз на входе Выходное напряжение Тип Мощность Входное напряжение Число фаз на входе Исполнение Напряжение Частота Исполнение Количество секций Мостовой тиристорный нереверсивный 3000 квт 485 В В Мостовой тиристорный реверсивный 32 квт 380 В 3 Обслуживание одностороннее, прислонного типа 380 В 50 Гц Двухстороннее обслуживание 9 08

109 Окончание таблицы 8.2 АРЩ ГРЩ 2 шт. компл. Напряжение Частота Количество секций Исполнение Номинальное напряжение Частота Исполнение Количество секций 380 В постоянный 3 Обслуживание одностороннее, прислонного типа 380, 220 В 50 Гц Обслуживание двухстороннее, зона обслуживания не менее 800 мм Обоснование и выбор структуры ЭЭС с ГЭУ Характеристика ЭЭС с ГЭУ Штатная электроэнергетическая установка (ЭЭУ) проекта МСТ представлена на рисунке 8.8. В ее состав входит: — автономная ГЭУ постоянного тока; — главная СЭС постоянного тока; — вспомогательная СЭС переменного тока; — аварийная СЭС. ГЭУ состоит из 2 ГЭД, получающих питание от 4 ДГ постоянного тока. Установка построена по принципу генератор двигатель. В качестве возбудителей применяются электромашинные преобразователи. Вспомогательная СЭС переменного тока предназначена для питания общесудовых приемников электроэнергии. В се состав входят: — ГРЩ — шт.; — ВДГ — 4 шт.; — трансформаторы 380/220 В — 3 шт.; — трансформаторы 220/27 В — 2 шт. Главная СЭС постоянного тока предназначена для питания ГЭУ. В ее состав входят: — ЩЭД — шт.; 09

110 — ГДГ — 4 шт. Аварийная СЭС переменного тока предназначена для питания наиболее ответственных общесудовых приемников электроэнергии в случае обесточивания ГРЩ. В ее состав входят: — АРЩ — шт.; — АДГ — шт.; — трансформаторы 380/220 В — шт.; — трансформаторы 220/27 — шт. Основным недостатком штатной ЭЭУ является использование в составе ГЭУ электрических машин постоянного тока, что снижает надежность установки и повышает эксплуатационные расходы. Для выбора оптимальною варианта структуры ЭЭС с ГЭУ были рассмотрены приведѐнные ниже структурные схемы ЭЭС с ГЭУ: 0

111 Рисунок 8.8- Штатная ЭЭУ МСТ

112 Характеристика вариантов структурных схем ЭЭС с ГЭУ ЭЭУ с автономной ГЭУ двойного рода тока и вспомогательной СЭС Электроэнергетическая установка судна с автономной ГЭУ двойного рода тока и вспомогательной СЭС переменного тока представлена на рисунке 8.9. В ее состав входит: — автономная ГЭУ двойного рода тока; — главная СЭС переменного тока; — вспомогательная СЭС переменного тока; — аварийная СЭС. В состав ГЭУ входят: — ГЭД — 2 шт.; — неуправляемые выпрямители (НВ) — 2 шт.; — реверсивные тиристорные возбудители (РТВ) — 3 шт.; -силовые согласующие трансформаторы (Тр) — 2 шт. Главная СЭС постоянного тока предназначена для питания ГЭУ. В ее состав входят: — ЩЭД — шт.: — ГДГ — 4 шт.; Вспомогательная СЭС переменного тока предназначена для питания общесудовых приемников электроэнергии. В ее состав входят: — ГРЩ — шт.; — ВДГ — 4 шт.; — трансформаторы 380/220 В — 2 шт. Аварийная СЭС переменного тока предназначена для питания наиболее ответственных общесудовых приемников электроэнергии в случае обесточивания ГРЩ. В ее состав входят: — АРЩ — шт.; — АДГ — шт.; Регулирование частоты вращения ГЭД осуществляется изменением величины напряжения ГДГ. Реверс ГЭД осуществляется изменения направления тока возбуждения с помощью РТВ. Для торможения ГЭД используется динамическое торможение. Недостатком данной ЭЭУ является невозможность отбора мощности от ГДГ на ГРЩ для питания общесудовых электропотребителей и невозможность обеспечения аварийного хода судна при питании от ВДГ. Кроме того, для возбуждения ГДГ необходимо применять управляемые тиристорные возбудители для регулирования напряжения генераторов в широком диапазоне. 2

113 Рисунок 8.9 ЭЭУ с автономной ГЭУ двойного рода тока и вспомогательной СЭС 3

114 Единая ЭЭС с ГЭУ двойного рода тока и реверсивными выпрямителями в цепи главного тока Электроэнергетическая установка судна с ГЭУ двойного рода тока, реверсивными выпрямителями в якорной цепи и единой ЭЭС представлена на рисунке 8.0. В ее состав входит: — ГЭУ двойного рода тока; — главная СЭС переменного тока; — аварийная СЭС. В состав ГЭУ входят: — ГЭД — 2 шт.; — реверсивные управляемые выпрямители (РУВ) — 2 шт.; неуправляемые диодные возбудители (ДВ) — 3 шт.; силовые согласующие трансформаторы — 2 шт. Главная СЭС переменного тока предназначена для питания ГЭУ и общесудовых приемников электроэнергии. В ее состав входят: — ГЭД — шт.; — ГДГ — 4 шт.; — стояночный дизель-генератор (СДГ) — шт.: — трансформаторы 380/220 В — 2 шт. Аварийная СЭС переменного тока предназначена для питания наиболее ответственных общесудовых приемников электроэнергии в случае обесточивания ГРЩ. В ее состав входят: — АРЩ — шт.; — АДГ — шт.; — трансформатор 380/220 В — шт. Регулирование частоты вращения ГЭД осуществляется с помощью РУВ. Реверс осуществляется изменения направления тока якоря ГЭД с помощью РУВ. При торможении используется рекуперативное торможение ГЭД, при котором РУВ переводятся в режим ведомого инвертора. Недостатком данной ЕЭЭУ является использование в силовой цепи ГЭУ реверсивного тиристорного выпрямителя, что повышает массогабаритные характеристики и стоимость оборудования. Кроме того, в связи с большой мощностью ГЭУ параллельная работа 4 ГДГ, необходимая для обеспечения полного хода судна, невозможна, что требует разделение секций ГРЩ в данном эксплуатационном режиме. 4

115 Рисунок Единая ЭЭС с ГЭУ двойного рода тока и реверсивными выпрямителями в цепи главного тока Единая ЭЭС с ГЭУ двойного рода тока и реверсивным возбудителем ГЭД Электроэнергетическая установка судна с ГЭУ двойного рода тока, реверсивным возбудителем ГЭД и единой электроэнергетической системой представлена на рисунке 8.. В ее состав входит: — ГЭУ двойного рода тока; — главная СЭС переменного тока; — аварийная СЭС. В состав ГЭУ входят: — ГЭД — 2 шт.; — управляемые выпрямители (УВ) — 2 шт.; — реверсивные тиристорные возбудители (РТВ) — 3 шт.; — силовые согласующие трансформаторы — 2 шт. 5

116 Главная СЭС переменного тока предназначена для питания ГЭУ и общесудовых приемников электроэнергии. В ее состав входят: — ЩЭД — шт.; — ГДГ -4 шт.; — стояночный дизель-генератор (СДГ) — шт.; — трансформаторы 380/220 В — 2 шт. Аварийная СЭС переменного тока предназначена для питания наиболее ответственных общесудовых приемников электроэнергии в случае обесточивания ГРЩ. В ее состав входят: — АРЩ — шт.: — АДГ — шт.: — трансформатор 380/220 В — шт. В данной ГЭУ осуществляется двухзонное регулирование частоты вращения ГЭД с помощью УВ и РТВ ГЭД. Реверс осуществляется изменения направления тока возбуждения ГЭД. При торможения ГЭД используется рекуперативное торможение, при котором УВ переводятся в режим ведомого инвертора. Недостатком данной ЕЭЭС является необходимость для обеспечения полного хода судна параллельной работы 4 ГДГ, что, в связи с большой мощностью ГЭУ, осуществить невозможно. Это требует разделение секций ГРЩ в ходовых режимах эксплуатации ЭЭС с ГЭУ двойного рода тока, реверсивным возбудителем ГЭД, главной и вспомогательной СЭС Электроэнергетическая установка судна с ГЭУ двойного рода тока, реверсивным возбудителем ГЭД, главной и вспомогательной СЭС приведена на рисунке 8.2. В ее состав входит: — ГЭУ двойного рода тока; — главная СЭС переменного тока; — вспомогательная СЭС переменного тока; — аварийная СЭС. 6

117 Рисунок 8. — Единая ЭЭС с ГЭУ двойного рода тока и реверсивным возбудителем ГЭД В состав ГЭУ входят: — ГЭД — 2 шт.; — управляемые выпрямители (УВ) — 2 шт.; — реверсивные тиристорные возбудители (РТВ- 3 шт.; — силовые согласующие трансформаторы — 2 шт. Главная СЭС переменного тока предназначена для питания ГЭУ. В ее состав входят: — ЩЭД — шт.: — ГДГ — 4 шт. Вспомогательная СЭС переменного тока предназначена для питания общесудовых приемников электроэнергии. В ее состав входят: — ГРЩ — шт.; — ВДГ — 4 шт.; — трансформаторы 380/220 В — 2 шт. 7

118 Аварийная СЭС переменного тока предназначена для питания наиболее ответственных общесудовых приемников электроэнергии в случае обесточивания ГРЩ. В ее состав входят: — АРЩ — шт.; — АДГ — шт.; — трансформатор 380/220 В — шт. Двухзонное регулирование частоты вращения ГЭД осуществляется с помощью УВ и РТВ ГЭД. Реверс осуществляется изменения направления тока возбуждения ГЭД. При торможения ГЭД используется рекуперативное или динамическое торможение. При полном ходе судна ГДГ вырабатывают электроэнергию для питания ГЭД, ВДГ -для питания общесудовых приемников электроэнергии. При работе ГЭУ на долевой нагрузке имеется возможность производить отбор мощности от ГДГ на шины ГРЩ для питания общесудовых приемников электроэнергии. В аварийном режиме при отказе ГДГ возможно обеспечить ход судна при питании ГЭД от вспомогательной СЭС. Достоинством данного варианта является высокая надежность и экономичность Сравнительный комплексный анализ всех рассмотренных типов ЭЭС с ГЭУ применительно к проекту МСТ показал, что с учетом техникоэкономических, надежностных, массогабаритных показателей, а так же опыта проектирования, изготовления и эксплуатации предпочтение при выборе типа ЭЭУ следует отдать последнему варианту ЩЭД двойного рода тока, реверсивным возбудителем ГЭД, главной и вспомогательной СЭС. Данный тип ЭЭУ выбран в качестве основного при разработке данного проекта. 8

119 Рисунок 8.2 ЭЭС с ГЭУ двойного рода тока, реверсивным возбудителем ГЭД, главной и вспомогательной СЭС 9

120 8.7.3 Обоснование и выбор типа основных элементов ЭЭС и ГЭУ Обоснование и выбор ГДГ Тип генераторов и их мощность были определены проектантом судна. Вместе с ними при выборе параметров генераторов были учтены основные требования: — Допустимый уровень величины токов КЗ ; — Устойчивая работа во всех режимах работы; — Допустимый уровень искажений на шинах ГРЩ; Выбор согласующих трансформаторов Силовые трансформаторы ГЭУ. Согласно п.п и Правил классификации и постройки морских судов Российского морского регистра судоходства (издание 2007г.) преобразователь частоты ГЭУ должен получать питание через согласующий трансформатор. Трансформатор позволяет повысить качество электроэнергии на шинах щита электродвижения. Применяемые в схеме ГЭУ согласующие трансформаторы для питания ГЭД выполнены трехмоточными. Первичная обмотка соединена «звездой», вторичные — «звезда — «треугольник» Применение трехобмоточных трансформаторов позволяет: — согласовать по уровню напряжение питающей сети и гребного электродвигателя; — реализовать эквивалентный двенадцатифазный режим работы выпрямителя. Выполнение вторичных обмоток трансформатора соединением «звезда -«треугольник» позволяет компенсировать в магнитной системе трансформатора пятую и седьмую гармонические составляющие и, тем самым, улучшить качество напряжения на шинах ГРЩ, трансформатор рассчитан на длительную работу при 0% номинального напряжения без насыщения магнитопровода. Для данного проекта нами выбран трансформатор ТСЗП-350 0,38/0,49;0,49 ОМ4 ТУ Пуск мощных приемников и преобразователей электроэнергии (асинхронный электропривод, силовые трансформаторы) сопровождается большими токами, которые носят, прежде всего, реактивный характер, что приводит к провалу напряжения в судовой сети. Прямой пуск трансформаторов ГЭУ от одного работающего ГДГ недопустим, т.к. провалы напряжения при пуске от двух ГДГ могут превышать допустимые пределы. Установка устройства мягкого пуска трансформатора необходима. 20

121 Обоснование и выбор управляемого выпрямителя для обмоток возбуждения ГЭД. Статический управляемый выпрямитель предназначен для замены вращающегося электромашинного возбудителя мощностью 32 квт. напряжением 220 В. с током нагрузки 50 Выпрямитель должен быть реверсивным. Система управления должна легко адаптироваться и обмениваться информацией с системой управления ГЭД и с КСУ ТС судна. Учитывая, что выпрямители для управления током якор_я ГЭД выполнены на тиристорах с микропроцессорной системой управления, предлагается реверсивный возбудитель выполнить по схеме со встречно-параллельным соединением двух выпрямительных мостов на тиристорах. Такие типы выпрямителей освоены отечественной промышленностью и с соответствующими доработками и испытаниями могут поставляться для нужд флота. Микропроцессорные система управления реверсивного выпрямителя и выпрямителя для управления током якоря отличаются только программным обеспечением. Однотипность оборудования, облегчает эксплуатацию и повышает надежность работы всей системы СЭД. Предлагается в качестве возбудителя доработать, испытать и применить выпрямитель тиристорный реверсивный ВТР 220/50 (далее ВТР) с номинальным выходным напряжением 220 В и номинальным током, 50 A. ВТР состоит из двух, включенных встречно-параллельно, управляемых тиристорных выпрямителей УВ и УВ2, входного фильтра ВхФ, датчиков напряжения переменного тока ДН — ДНЗ, датчика постоянного тока ДТ, датчика постоянного ряжения ДН4. двух блоков импульсных трансформаторов ИТ. ИТ2 для управления тиристорами и микропроцессорной системы управления МПСУ с пультом управления, клавиатурой и платой сигнализации (Выпрямитель тиристорный реверсивный ВТР-220/50. Схема электрическая структурная ИУДШ Э). Питание переменного тока оба ВТР получают от отдельного трансформатора (параметры и мощность трансформатора окончательно определяются на стадии рабочего проектирования). МПСУ обеспечивает управление тиристорами, автоматическое регулирование током и напряжении в соответствии с заданными алгоритмами, а также защиту от аварийных ситуаций и связь с внешними системами. 2

122 Обоснование и выбор управляемого выпрямителя Техническим заданием на модернизацию системы электродвижения проекта I «Яуза» автономная электростанция, состоящая из четырех дизель-генераторов постоянного тока заменяется дизель-генераторами переменного тока 380 В. 50 Гц аналогичной мощности. Гребной электродвигатель постоянного тока с двумя якорями 2МП при этом I остается прежним. Для обеспечения всех требуемых режимов гребной электрической установки ее необходимо укомплектовать двумя выпрямителями (по одному на каждый якорь двигателя). Выпрямители на базе тиристоров обеспечивают простое и удобное регулирование выпрямленного напряжения в широких пределах, обладают высокими энергетическими характеристиками, большой эксплуатационной надежностью, имеют малые размеры. Наличие современной микропроцессорной системы управления обеспечивает постоянный контроль параметров, диагностику и связь с системами верхнего уровня. Управляемые выпрямители освоены отечественной промышленностью и с соответствующими доработками и испытаниями могут поставляться для нужд флота. Предлагается разработанный выпрямитель тиристорный статический ВТС-2500/000 (далее ВТС) с номинальным выходным напряжением 000 В и номинальным выходным током 2500 А. ВТС состоит из двух трехфазных мостовых выпрямительных тиристорных блоков УВ и УВ2. соединенных последовательно для получения выходного постоянного напряжения равного 000 В (Выпрямитель тиристорный статический ВТС-2500/000. Схема электрическая структурная ИУДШ Э). Питание тиристорные мосты получают каждый от своей трехфазной обмотки трансформатора. Входные фильтры ВхФ и ВхФ2 обеспечивают ограничение от перенапряжений со стороны питающей сети и коммутационных перенапряжений. Микропроцессорная система управления выпрямителем МПСУ состоит из контроллера, пульта управления с пленочной клавиатурой и платой сигнализации. 22

123 Контроллер включает в себя следующие основные функциональные системы: — систему импульсно-фазового управления (СИФУ); — систему автоматического регулирования (САР) выходного тока и напряжения: — систему защит. Измерение линейных напряжений на входе выпрямителя, напряжения и осуществляется с помощью датчиков работающих на эффекте Холла Обоснование и выбор тормозных резисторов Для поглощения энергии торможения гребного электродвигателя в звено постоянного тока УВ подключается блок резисторов торможения (БРТ). Включение резисторов осуществляется транзисторным ключом включѐнным последовательно с резистором. Выбор резисторов был сделан с набором исходных данных приведѐнных в таблице 8.3 Таблица 8.3 Набор исходных данных Наименование параметра Единицы Величин измерения а Номинальная мощность УВ квт 3000 Номинальные обороты ротора об/мин 5 Момент инерции винта с приведенной массой воды кг. м Принимая среднее время реверса винта при торможении с номинальных оборотов 8-2 секунд было рассчитано количество энергии выделяемой в резисторы торможения. среднее значение которого составляет примерно 500кВт. Выбранные резисторы типа CFH 00 фирмы «Tyco» имеют следующие параметры : Таблица 8.4 Параметры резисторов типа CFH 00 фирмы «Tyco» Наименование параметра Единицы Величин измерения а Максимальная мощность квт 2,2 Поглощаемая энергия при С кдж 50 Поглощаемая энергия при 5 сек перегрузке кдж 60 Максимально допустимое напряжение В

124 Окончательно количество резисторов типа CFH 00 будет выбрано на этапе рабочего проекта Разработка системы управления и регулирования ГЭУ Требования к механическим характеристикам ГЭУ судов ледового плавания Механические характеристики ГЭУ должны обеспечивать отсутствие «заклиниваний» гребного винта при его взаимодействии со льдом. И основном диапазоне нагрузок должны реализовываться гиперболы постоянства мощности (рисунок 8.3). Рисунок Характеристика гребного винта и механические характеристик ГЭУ В характеристиках должны быть предусмотрены участки ограничений момента и частоты вращения. Аналогичные характеристики должны также реализовываться в третьем квадранте при заднем ходе судна. Тормозной момент (Мт) при реверсе должен превышать движущий момент гребного винта, работающего в режиме гидротурбины при полной 24

источник

Добавить комментарий

Adblock
detector