4. Электропривод вспомогательных механизмов

4.1. Основная группа вспомогательных механизмов - судовые нагнетатели

К судовым нагне­тателям относятся: насосы, вентиляторы и компрессоры.

Электро­приводы нагнетателей являются основными потребителями электроэнергии. На их долю приходится около 50 % вырабатываемой электроэнергии судовой электростанции.

Нагнетатели обеспечивают работу энергетической установки судна и общесудовых систем. Эти механизмы имеют весьма ответственное на­значение и предназначены для обеспечения:

- движения судна;

- безопасности мореплавания;

- сохранности перевозимых грузов;

- улучшения обитаемости и бытовых условий экипажа судна.

Нагнетатели слу­жат для перемещения жидкостей или газов и сообщения им энергии.

К нагнетателям судовых энергетических установок относятся на­сосы: топливные, масляные, циркуляционные, конденсатные, охлаж­дающие, питательные и др. и вентиляторы: машинные, котельные, ох­лаждающие и др.

К нагнетателям общесудовых систем относятся насосы: пожарные, балластные, трюмные, санитарные, грузовые и т. д. и вентиляторы: трюмные, каютные, рефрижераторные и др.

Нагрузка на валу приводного ЭД вспомогательного механиз­ма зависит от рабочих параметров механизма - подачи и напора.

4.1.1. Особенности пуска судовых нагнетателей

Центробежные насо­сы имеют квадратичную зависимость момента сопротивления от скорости: М ≡ ω . При этом потребляемая мощность пропорцио­нальна кубу скорости: Р ≡ ω . Отсюда следует, что центробежные насосы характеризуются легкими условиями пуска.

У поршневых насосов напор не зависит от подачи и, следовательно, от скорости (моменты ЭД у них как при пуске, так и при установив­шейся скорости одинаковы).

Условия пуска ЭП поршневого насоса тяжелые (пусковой момент может достигать 2М ). Это объясняется, во-первых, необходимостью вытеснять жидкость из трубопровода, во-вторых, повышенным трением в поршнях и уплотняющих саль­никах при начальном сдвиге с места, в-третьих, наличием большого динамического момента, вызываемого маховиком.

Центробежные вентиляторы, как и центробежные насосы, имеют квадратичную зависимость момента сопротивления от скорости: М ≡ ω . При этом потребляемая мощность пропорцио­нальна кубу скорости: Р ≡ ω . Отсюда следует, что центробежные насосы характеризуются легкими условиями пуска, т.к. начальная скорость ( при пуске ) равна нулю, а по мере разгона увеличивается.

Условия пуска поршневых компрессоров такие же, как и поршневых насосов.

Для ЭП компрессора характерна пульсирующая нагрузка (всасы­вание и сжатие) с частотой, пропорциональной частоте вращения ЭД.

Пульсирующая нагрузка на валу ЭД приводит к колебаниям тока в сети (амплитуда зависит от момента инерции и жесткости характеристики ЭП). Для ограничения колебаний скорости и тока компрессоры снабжают маховиками.

4.1.2. Регулирование подачи судовых нагнетателей

В процессе работы насосов иногда приходится регулировать их подачу, и это отражается на нагрузке ЭД.

Регулирование подачи осуществляется тремя способами:

- изменением частоты вращения приводного ЭД, так как для всех типов насосов подача пропорциональна частоте вращения;

- дросселированием нагнетания или всасывания;

- обратным перепуском части перекачиваемой жидкости ( через байпасный клапан ).

Последний способ применяется в зубчатых и винтовых насосах.

Изменение частоты вращения и дросселирование применяют для регулирования подачи центробежных насосов.

Обратный перепуск применяют для регулирования подачи зубчатых и винтовых насосов.

Регулирование дросселированием осуществляется перекрытием задвижки в напорном или всасываю­щем трубопроводе. В основе этого способа лежит искусственное увеличение сопротивления системы.

Регулирование дросселированием становится возможным потому, что у центробежных насосов с увеличением напора резко уменьшается подача, поэтому мощность электродвигателя Р ≡ ↑QH↓ ≈ const, т.е. электродвигатель не перегружается.

Однако из-за дополнительных потерь напора дан­ный способ регулирования неэкономичен.

Возможности регулиро­вания поршневых насосов сравнительно с центробежными более ограничены.

Дросселирование поршневых насосов недопустимо, так как оно вызы­вает гидравлические удары. Поэтому для регулирования подачи поршневых насо­сов изменяют частоту вращения электродвигателя.

Для насосов всех типов регулирование подачи изменением скорости электродвигателя наиболее экономично. Но этот способ усложняет и удорожает систему управления и усиливает и без того стабильную головную боль у электромеханика.

Для привода насосов применяют: на постоянном токе - двигатели смешанного возбуждения, на переменном – асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором.

На большинстве судов вентиляторы работают, как правило, с постоянной нагрузкой. При необходимости изменить подачу воздуха, например, в машинное отделение, используют поворотные воздушные заслонки внутри короба воздуховода. Если заслонка закрыта, воздух в машинное отделение не подается, и наоборот.

Для привода вентиляторов применяют: на постоянном токе - двигатели параллельного возбуждения, на переменном – асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором.

У обоих типов электродвигателей рабочий участок механической характеристики ω ( М ) жесткий, т.е. при увеличении нагрузки на валу скорость двигателя уменьшается незначительно. Иначе говоря, скорость этих электродвигателей мало зависит от нагрузки на валу, создаваемой вентилятором, т.е. она достаточно стабильна.

На турбоходах применяют нагнетатели с увеличенной подачей воздуха в топочное пространство главных котлов. Такие нагнетатели называются воздуходувками. На переменных ходах судна надо регулировать подачу воздуха в топочное пространство, а именно: на малых ходах уменьшать, на среднем и полном – увеличивать.

Для регулирования подачи воздуха в воздуходувках используют многоскоростные асинхронные двигателя с короткозамкнутым ротором, с числом скоростей от двух до четырех.

Подачу компрессоров можно регулировать дросселированием нагнетательной магистрали.

При выборе типа ЭД к поршневому комп­рессору учитывается также тяжелый режим пуска компрессора, обусловленный наличием противодавления в период пуска и махо­виком. Поэтому электродвигатели компрессоров должны развивать повышенные пусковые моменты.

Такие моменты способны развивать: на постоянном токе - двигатели смешанного возбуждения, на переменном – асинхронные электродвигатели с глубоким пазом или двойной беличьей клеткой ротора.