Генераторы и преобразователи электроэнергии Генераторные агрегаты

Основными источниками электрической энергии на современ­ных судах являются генераторные агрегаты, включающие в себя две машины: приводной (тепловой) двигатель и электромашинный генератор (рис. 2.1). Двигатель и генератор устанавливаются на общем основании (фундаментной плите или раме). Валы двигателя и генератора соединяются между собой специальной муфтой или через редуктор.

Генераторный агрегат — одно из наиболее тяжелых и габарит­ных судовых устройств, уступающий только основным элементам главной силовой установки. На современном судне устанавлива­ется не менее трех—пяти генераторных агрегатов. Поэтому кон­струкция и способ их размещения и установки влияют на размеры и планировку машинного отделения судна.

Размещение и установка генераторных агрегатов производятся по правилам, направленным на обеспечение необходимой жест­кости и прочности корпуса и переборок судна в местах крепления генераторных агрегатов, уменьшение шумности и вибрации при их работе, достаточного удобства эксплуатации и возможности ремонта, уменьшения давлений на подшипники при кренах и дифферентах судна и др.

В генераторном агрегате происходит двойное преобразование энергии: в тепловом приводном двигателе 11Д энергия W_T сжигаемого топлива (нефть, мазут, соляровое масло и др.) или пара преобразуется в механическую W_MeyL и далее в генераторе Г — в электрическую энергию W_3JI (рис. 2.2).

Двойное преобразование энергии сопровождается значитель­ными ее потерями. Максимальный КПД судового генераторного агрегата не превышает 30 %. Большая часть энергии теряется в приводном двигателе.

момент, низкую перегрузочную способность (10—15 %) и высокий уровень шума. Низкая перегрузочная способность отрицательно сказывается на динамических характеристиках в переходных режимах при внезапных кратковременных набросах нагрузки. Неравномерность (пульсации) крутящего момента дизеля снижает стабильность напряжения и частоты генераторов и возбуждает колебательные процессы (качания) при параллельной работе дизель-генераторов, сопровождающиеся вредными обменными ко­лебаниями мощности между агрегатами.

Парогенераторы были первым типом генераторных агрегатов, применяемых на судах. Ввиду целого ряда серьезных недостатков паровых машин — низкий КПД, большие массы, габариты и др. — на современных судах парогенераторы, как правило, не применя­ются.

Паротурбогенераторы находят применение преимущественно в мощных СЭЭС, в частности на судах с атомной главной энергети­ческой установкой, так как с увеличением мощности турбины ее технико-экономические показатели оказываются выше. Паровые турбины имеют повышенный срок службы (моторесурс порядка 20 000 ч), равномерный крутящий момент, высокую перегрузоч­ную способность (~20 %). К числу недостатков турбин как при­водных двигателей генераторов относятся большая частота враще­ния (возникает необходимость в дополнительном редукторе между турбиной и генератором), более низкий (по сравнению с дизелями) КПД, большое время запуска (до 20 мин и выше) и необходимость в квалифицированном обслуживании.

Газотурбогенераторы получают все более широкое распростра­нение на судах. Газовые турбины сочетают в себе достоинства дизелей и паровых турбин: компактны, обладают относительно высоким КПД (до 30 %) и большим сроком службы, характеризу­ются равномерностью вращающего момента и большой перегру­зочной способностью, автономны в работе, имеют малое время запуска. К недостаткам газовых турбин относятся повышенная шумность, сравнительно высокий удельный расход топлива, большая частота вращения.

По своему назначению генераторные агрегаты делятся на следующие:

• главные, входящие в состав гребных электрических уста­новок;

• вспомогательные, осуществляющие питание судовых потре­бителей электроэнергии в нормальных режимах работы СЭЭС;

• аварийные, обеспечивающие питание жизненно важных потребителей в аварийных ситуациях;

• стояночные, предназначенные только для питания судового электрооборудования во время стоянки судна.

При проектировании судна типы главных генераторных агрегатов выбираются с учетом их характерных технических свойств и особенностей условий и режимов работы судна. Выбор типа вспомогательных генераторных агрегатов зависит от принятого типа пропульсивной установки и определяется соображениями надежности, экономичности и удобства эксплуата­ции СЭЭС.

Вспомогательные генераторные агрегаты могут также при­водиться от вала главного двигателя. В этом случае они называ­ются валогенераторами (см. § 2.4).

В аварийных генераторных агрегатах всегда используются дизели, обеспечивающие необходимую быстроту запуска и автоном­ность работы. В качестве стояночных агрегатов обычно использу­ются дизель-генераторы.

С точки зрения удобства обслуживания и ремонта и большей совместимости в режиме параллельной работы целесообразно в составе судовой электростанции иметь одинаковые генераторные агрегаты.