Глава 3. Дизель-генераторы,

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ДИЗЕЛИ

§ 3.1. Судовые электроэнергетические установки

Характеристика СЭЭУ. СЭЭУ подразделяются на главные, вспомогательные и аварийные. Главные СЭЭУ предназначены для выработки электрического тока, приводящего гребные электро­двигатели. Вспомогательные СЭЭУ должны обеспечивать работу всех вспомогательных электрических устройств и систем, необ­ходимых для поддержания эксплуатационного состояния судна и нормальных условий обитаемости на нем без использования аварийного источника электроэнергии, а также работу электри­ческих устройств и систем, необходимых для обеспечения безопас­ности судна и людей в различных аварийных ситуациях.

Основной источник электроэнергии должен состоять по мень­шей мере из двух генераторов. Мощность этих генераторов при остановке одного из них должна быть достаточной для питания устройств и систем, обеспечивающих нормальные эксплуатацион­ные условия движения и безопасности судна, а также поддержа­ния минимума комфортности для людей (работа устройств и сис­тем приготовления пищи, отопления, бытовых холодильников и искусственной вентиляции, снабжение пресной водой и водой для санитарных нужд). При выходе из строя одного из генерато­ров или первичного источника энергии оставшиеся генераторы

должны обеспечивать работу электрических устройств и систем; необходимых для пуска главных механизмов при нерабочем со­стоянии судна.

В СЭЭУ применяют трехфазный переменный ток напряжением 400 В с частотой^ 50 Гц, получаемый от синхронных генераторов с частотой вращения 500, 600, 750, 1000, 1500 об/мин, На тепло­ходах в качестве дизелей для привода генераторов, служат преиму­щественно СОД и ВОД с прямой Передачей мощности на генера­тор агрегатной мощностью до 1000 кВт и более (табл. 3.1 и 3.2). Для получения электроэнергии часто используют отбор мощности от пропульсивной установки на ВГ и системы глубокой утилиза­ции с установкой УТГ, который обеспечивает электроэнергией все судовые потребители на ходовом режиме при-мощности ГД более 6,5—7 МВт. Для ТГ может использоваться пар от вспомога­тельных котлов, расход пара при этом 7—9 кг/(кВт-ч). На судах с комбинированными дизель-газйтурбинными ЭУ возможно при­менение газотурбогенераторов.

Требования, предъявляемые к ВД, следующие:

• постоянная готовность к запуску и возможность быстрого приема нагрузки;

• малая степень неравномерности вращения КВ (не более 1/100—1/150 для ДГ постоянного тока и .1/150—1 /250 для ДГ переменного тока);

• устойчивая раздельная и параллельная работа ДГ, для этого они должны быть оборудованы одним (двумя) всережим- ным регулятором;

• максимальная автономность систем и агрегатов, обслужи­вающих дизель;

• наличие автоматического ДУ пуском и режимами работы ДГ из ЦПУ или с ГРЩ.

При параллельной работе нескольких ДГ переменного тока они должны иметь регуляторы частоты вращения, обеспечиваю­щие равномерное распределение активной нагрузки пропорцио­нально каждому ДГ с точностью ±10 % номинальной при любой суммарной нагрузке. Регуляторы должны автоматически поддер­живать постоянную частоту вращения при сбросе и набросе на­грузки в пределах 10 % и постоянную частоту вращения вала ДГ в пределах 5 %. Время переходного режима должно быть мини­мальным и не более i5 с.

Генераторы электрического тока выполняются с самовентиля- цией или с принудительным (замкнутым) охлаждением (изоля­ция предусматривается по классу В или Н при предельно допу­стимой температуре нагрева 130 или 180 °С соответственно). Генераторы постоянного тока изготовляются со смешанным воз­буждением мощностью 0,4—200 кВт при частоте вращения 1450— 2850 об/мин и номинальным напряжением 115 и 230 В. Изготов­ляются также генераторы постоянного _: тока для ГЭУ типа ГПМ 84/44-8 мощностью 760 кВт, двухъякорные типа ПГ-145

3. 

   65

   Овсянников М. К. и др.

Судно	Страна- изготовитель, год постройки ДГ	Марка дизеля (аварийного ДГ)	Коли­ чество ДГ	Мощ­ ность ДГ ”в- кВт	Частота враще­ния п, об/мин	Марка генератора
«Александр Пушкин»	ГДР, 1975	6NVD48A-2	6	736	500	БЕ154-АУ
«Эстония»	ГДР, 1974	8NVD36-1	4	300	500	SSED-569-12
«Новгород»	Финляндия, 1967	614ТК	3	442	600	ASEA CAD-99
«Космонавт Павел Беляев»	СССР, 1975	8ЧН 26/26	3	464	1000	МСК-790-1000
		6ЧН 25/34	3	220	500	—
		(ДГФА 100/1500Р)	1	100	1500	МССФ-92-4
«Сантьяго де Куба»	ГДР, 1969	8NVD36-A-1	3	412	500	SSED-639-12
		3NVD-21	1	57	1000	SSED-639-12
«Выборг»	ГДР, 1976	8NVD36-1	3	300	500	SSED-912-12
		6NVD36-1	1	220	500	SSED-912-12
«Варнемюнде»	ГДР, 1972	8NVD36-A-1	4	442	500	SSED-639-12V
		(6VD 21/15-2)	1	79	1000	SSED-408-69
«Командарм Федько»	СССР, 1976	8ЧН 25/34	2	500	500	ГМС
		(ДГФА 100/1500Р)	1	100	1500	МССФ-92-4
«Дмитрий Донской»	ГДР, 1978	8VD 36/24-А-1	4	440	500	SSED-639-12V
		(6VD 21/15-2)	1	100	1000	ED-408-6
«Александр Прокофьев»	СССР, 1975	8ЧН 25/34-2	3	442	500	ГМС-14-29-12
		(ДГА-100-2)	1	110	1500	МС-117-99
«Капитан Гаврилов»	ГДР, 1982	8VD 26/20AL-2	4	800	1000	S450M6
		(4VD 21/15-2)	1	95	1500	SGED-569-6V
«Победа»	СССР, 1980	8ЧН 25/34	3	500	500	ДГРА 500/500
		(ДГФА 100/1500-Р)	1	100	1500	МССФ-92-4

Г Продолжение табл. 3.1

hr ——

Судяо	Страна- изготовитель, год постройки ДГ	Марка днаелк (аварийного ДГ)		Коли­ чество ДГ		Мощ* кость ДГ N , кВт		Частота враще­ния п, об/мни		Марка генератора
«Сестрорецк»	СССР, 1972	6ЧН 25/34		3		331		500		МСС-375-500А
«Художник Пахомов»		(1Д6С-150М)		1		110		1500		МС-117-4С
	ГДР, 1977	8VD 36/24-А-1		4		442		500		SSED-639-12
«Скульптор Коненков»		(6VD 21/15-2)		1		99		1000		SSED-408-6A
	ПНР, 1976	6AL 25/30		3		802		750		GD8-1000-50/01
«Академик Сеченов»		(21ZPMA-39HB)		I		129		1500
	СССР, 1982	8ЧН 25/34		3		500		500		ДГР 500/500
«Моссовет»	Италия, 1979	(ДГФА 100/1500Р)		1		100		1500		МССФ-92-4
		6/S28LH/2		4		1100		750		500WB
«Борис Бутома»	СССР, 1978	(«Изотта Фрасцини»)		I		130		1500		1036H6V
		8ЧН 25/34		3		500		750		ДГРА 500/500-2
«Инженер Мачульский»		(ДГФА 100/1500Р)		1		100		1500		МССФ-92-4
	Финляндия, 1974	524TS		2		560		750		HSSTL 11/554
«Стахановец Котов»		(DIIP81)		1		96		600
	Финляндия, 1978	524TS		3		607		750		HSPTL/454B16
«Иван Дербенев»	СССР, 1978	(ДГФА 100/1500Р)		1		110		1500		МССФ-92-4
	СССР, 1978	8ЧН 25/34-2		3		442		500		ГМС-14-29-12
«Георг Отс»	ПНР, 1980	(ДГФА 100/1500Р)		1		110		1500		МССФ-92-4
		8AL 25/30		4		1080		750		GDS-1250-50
«Дмитрий Медведев»	СССР, 1980	(ДГРА 200/1500Р)		1		250		1500
	СССР, 1983	8ЧН 25/34-3		3		500		500		ДГР2А 500/500
«Михаил Стрекаловский»	ГДР, 1981	(АДГР 200/1500) 8VD 36/24А-1		1 4		200 441		1500 500		1Д12В-300К SSED-639-12
		(6VD 21/15-2)		1		100		1000
,, р J АД ■ *• ДИ*“Ь 6NVD48A-2 имеет отечественное обоаяаченнс 6 6МТК — 6ЧН 24/31, дизель 4VD 21/15-2 —4ЧН 15/21.			ЧН 32/48.		днэель 8NV		rD36-A*f _		84 Н 24/36. днаель

Судно	Марка дизеля (аварийного ДГ)	Коли­ чество ДГ	Мощность ДГ Ne, кВт	Частота враще- ния п* об/мин
«Отто Шмидт»	13Д100	3	1300	750
	64 25/34-2	5	200	500
	(ДГФА 100/1500Р)	1	100	1500
«Капитан Сорокин»	9ZL 40/48	6	3800	428
	824TS	5	980	750
	(MWM TBD-601-6)	1	250	1500
«Москва»	9МН51	8	2400	330
	(MWM RHS-518-D)	1	50	750
«Ермак»	12ZH 40/48	9	3800	380

мощностью 2x625 кВт и типа 2ПГК- 120x50 мощностью 2x1920 кВт и напряжением 2x600 В при частоте вращения 595 об/мин и др.

Генераторы переменного тока выпускают синхронными с трех­фазной обмоткой статора, соединенной звездой. Для ДГ с часто­той вращения менее 1500 об/мин применяют явнополюсные син­хронные генераторы следующих типов: МС (мощность 25— 1000 кВт), МСК (мощность 25—1500 кВт), МСС (мощность 220— 400 кВт), ГМС (мощность 200—500 кВт). Все генераторы имеют самовозбуждение (исключение — генераторы серии МС с электро- машинными возбудителями). Генераторы монтируются на общей раме с дизелем и соединяются с ним эластичной или полужесткой муфтой. Большинство генераторов допускает превышение мощ­ности на 10 % в течение 1 ч, на 25 % в течение 10 мин и на 50 % в течение 2 мин.

Разделение генераторов на основные (с автономным приво­дом) СЭЭУ и навешенные на ГД (валогенераторы) постепенно исчезает, так как требования, предъявляемые к статическим и динамическим характеристикам этих источников электроэнергии, идентичны.

ВГ, используемые в ЭУ с ВРШ, не имеют отличий от главных генераторов ни в конструкции, ни в схеме возбудителя, одина­ково их используют и при эксплуатации на судне. Постоянство частоты тока ВГ в установках с ВРШ обеспечивается регулято­ром ГД независимо от заданной скорости судна. Возможные колебания частоты вращения гребного вала, препятствующие па­раллельной работе ВГ и ДГ, устраняются посредством электро­магнитных муфт. При изменении режима движения и при про­хождении узкостей ДГ бортовой сети вырабатывают ток для питания сборных шин СЭЭУ.

В ЭУ с ВФШ применяют системы со статическими преобразо­вателями в комбинации с синхронным компенсатором. ВГ часто устанавливают в коридоре гребного вала, их явнополюсные ро­

торы встраиваются Непосредственно в линию валя. Используются также ВГ на основе ВГ двойного питания с преобразователем частоты, включенным на роторную обмотку генератора. Такая установка при изменении направления потока энергии может применяться в качестве резервного аварийного привода винта для возвращения судна в порт при аварии ГД. В этом случае ДГ сети питают ВГ, работающий в качестве гребного двигателя.

Выбор мощности вспомогательных ДГ. Мощность ДГ обыч­ных транспортных судов зависит от типа и назначения судна, а также от общей мощности ЭУ и составляет в среднем 10—25 % мощности ГД. Для пассажирских судов, например, она увеличи­вается до 25—40 % и более.

При использовании ВГ общая относительная мощность элек­тростанции транспортного судна cXg, кВт, определяется отноше­нием а„ = NJDq, где D₆ — водоизмещение судна в балласте, т. Для крупнотоннажных танкеров и навалочных судов а, = = 0,074-0,15 кВт/т; для грузовых транспортных судов среднего тоннажа а„ = 0,l-f-0,2 кВт/т; для пассажирских судов, паро­мов, ледоколов а₈ = 0,3-ь0,4 кВт/т.

В ДУ с электропередачей мощность дизеля определяют по соотношению

^N* “ Пл. вЯэп* ^ИЛИ VhiJ’

где N_eS — суммарная мощность, потребляемая ГВ; £ N_r — суммарная мощность генераторов; ti„. _в — КПД линии валопро­вода, т]_л._в = 0,98-г-0,99; г]_ап — КПД электропередачи, ть_п = = 0,90-j-0,93; Tj_Mex — механический КПД передачи от дизеля до генератора, г|_мех = 0,98-г-0,99; k — число дизелей.

Для ЭУ с гидростатической передачей

N - ⁸ Пл.

где rj_M, iia — КПД гидромотора и гидронасоса.

Мощность ВД, определенная по этим формулам, как правило, соответствует длительной эксплуатационной мощности; полная (номинальная) мощность выбирается на 10—15 % выше для обес­печения нормального использования дизелей на перегрузочных режимах.

Потребная мощность СЭЭУ обычно определяется табличным способом, при этом составляются таблицы нагрузок генераторов на различных режимах работы судна: ходовой (в грузу, в бал­ласте), съемка с якоря, стоянка с грузовыми операциями (для пас­сажирских судов — с пассажирами на борту), стоянка без гру­зовых операций (для пассажирских судов — без пассажиров на борту), маневренные режимы, аварийные режимы. Для судов спе­циального назначения учитываются также назначение и специ­фика работы судна (для буксиров — буксировка воза, для ледо-

колов — ход во льдах и т. п.). Для обычного сухогрузного транс­портного судна можно ограничиться тремя основными режимами работы СЭЭУ: ходовым в грузу, в балласте и стояночным с гру­зовыми операциями.

Потери в электрической сети учитываются введением коэф­фициента k_c = 1,05, тогда нагрузка СЭЭУ в любом рассматривае­мом режиме составит

Р = (РхКог + РгКог) Q = (QxKoi + QM К,

где Р, Q — суммарные активная и реактивная мощности ДГ; индексы 1 и 2 относятся к потребителям, работающим постоянно (например, охлаждающие и масляные насосы ГД, для которых коэффициент загрузки (K₀i — 0,8-т-1) и периодически включаемым (например, осушительные, топливоперекачивающие насосы, для которых Км — 0,3-7-0,6). Средневзвешенный коэффициент мощ­ности ДГ cos <р = Р/V Р^г -f- Q²-

Мощность генераторов определяют по активной мощности или по полной мощности S = ^Р^г + Q² • Минимальное значение суммарной номинальной мощности генераторов, обеспечивающих заданный режим, ходовой или стояночный, определяется суммар­ной расчетной МОЩНОСТЬЮ Я_СЭЭУ = ^тах + S &Р, где Р_гаах — максимальная интегральная мощность стандартных потребите­лей электроэнергии в соответствующем основном режиме; £ &.Р — сумма добавочных мощностей, необходимых для обеспечения элек­троэнергией дополнительных потребителей в данном режиме. Максимальная интегральная мощность в ходовом режиме

Ршах ход ⁼ Рход 3S_xoa кВт.

Зависимость распределения интегральной мощности СЭЭУ

Р в основных режимах от основных характеристик судна сле­дующая.

Средняя мощность в ходовом режиме для судов с одним МОД фирм «Бурмейстер и Вайн», MAN и судов с одним СОД Р_х0д = = 170 У N — 145 кВт, где N — максимальная длительная мощ­ность ГД, тыс. кВт; для судов с двумя МОД указанных выше фирм или с несколькими СОД Р_ход = 1,1 (170 N — 145) кВт; для судов с четырьмя СОД Р_хоя — 1,2(170т/77— 145) кВт; для судов с МОД фирмы «Зульцер» Р_ход = 170 — 220 кВт. Для судов с СОД Рход включает в себя также мощность, потреб­ляемую электроприводами насоса смазочного масла редуктора и сервонасоса ВРШ. Отклонение мощности СЭЭУ в ходовом ре­жиме от среднего значения 5_Х0Д = 25 lg W + 2,5 кВт.

Максимальная интегральная мощность в режиме стоянки Рвах от ⁼ Рст + 3S_CT кВт. Средняя мощность в режиме стоянки при 8 < D < 11 тыс. т (D — водоизмещение судна, тыс. т) Р_ст = = 4,7D*-³³ кВт, при D > 11 тыс. т Р_от = 8Ш^0Л6 кВт. Отклоне­ние мощности в режиме стоянйи 'от среднего’значения S_CI = = 21 lgD — 7,5 кВт.

Добавочная мощность СЭЭУ при эксплуатации судна в тро­пической зоне ДР₀1 = НО lg D — 55 кВт. Добавочная мощность в режиме стоянки на вентиляцию МО Р„ентмо = 140 lg N —

• 45 кВт.

Мощность на вентиляцию МО в режиме стоянки в умеренной климатической зоне &Р₀₂ = 0,25Р_{вент мо} кВт, в режиме стоянки в тропической зоне ДРо = 0,5Р_вентМО кВт. В ходовом режиме судна вентиляция МО, как правило, полностью включена и ее мощность входит в интегральную мощность.

Мощность, потребляемая подруливающим устройством, ДР₀з е учетом номинального КПД асинхронного электродвигателя и системы управления ПУ: для наливных судов при D = = 8-т-30 тыс. т АР₀₃ — 19D кВт; для железнодорожных паромов при D = 8-Г-24 тыс. т АР₀₃ = 28D + 240 кВт; для остальных типов судов при D — 8-г-42 тыс. т АР₀₃ = 30D + 100 кВт.

На наливных и нефтенавалочных судах номинальная мощность электроприводов балластных насосов в режиме стоянки с грузо­выми операциями ДР₀₄ = 290 lg D — 205 кВт. Мощность, потреб­ляемая средствами электрообогрева жилых помещений (как пра­вило, на судах постройки ГДР и Финляндии) ДР₀₅ = 0,5 ДР₀1- При использовании на судне систем глубокой утилизации тепла ГД добавочная мощность, потребляемая циркуляционным и конден- сатным насосами системы ДР₀в> составляет для УТГ-500 20 кВт, для УТГ-800 и УТГ-1000 55 кВт.

Мощность, потребляемая грузовыми устройствами сухогруз­ных универсальных судов, судов многоцелевого назначения и рефрижераторов,

П

ДР₀₇ = (0,53 + 2 0,15G_BOMV_HOM кВт,

1

где п — число лебедок (кранов), которые могут одновременно ра­ботать в режиме грузовых операций; G_H0M — номинальная грузо­подъемность грузового устройства, т; У_ном — номинальная ско­рость подъема полного груза, м/мин.

Мощность, потребляемая главной холодильной установкой на рефрижераторных судах, ДР_ов = 2000 (1,75 lg С — 1) кВт, где С 11 — объем грузовых помещений, тыс. м³.

При выборе количества ДГ и их мощности следует стремиться к тому, чтобы в ходовом режиме работал лишь один ДГ, так как это значительно упрощает управление, регулирование СЭЭУ и повышает ее экономичность. Для обеспечения достаточно высо­кой загрузки ДГ на всех режимах СЭЭС часто ограничивают индивидуальную мощность ДГ. Как правило, на новых грузовых транспортных судах с ВФШ устанавливают два-три ДГ и один УТГ при мощности ГД 6,5—7 МВт и выше, на судах с ВРШ два

ДГ'^агтшсокояшрбйтны^ рбМёркх даже три) и один ВГ. На ролкерах вместо ВГ целесообразно устанавливать УТГ (при Л/,гд ^ 12 МВт).