3. Выбор вспомогательных механизмов, оборудования и устройств систем сэу

3.1. Выбор сэс

Механизмы и оборудование, устанавливаемые на судне, за исключением палубных и производственных, входят в состав вспомогательной установки, систем энергетической установки и общесудовых систем. Энергия, потребляемая этими механизмами, как правило, электрическая, привод – гидравлический или электрический.

Согласно Правилам РРР и РМРС выбирают род тока и величину его напряжения для всех групп потребителей, т.е. механизмов, обслуживающих ЭУ, общесудовые системы палубных механизмов и прочих потребителей. Род тока и его напряжение могут быть едиными для всех потребителей, но могут быть и различными для отдельных групп, (например, напряжение в сети освещения может отличаться от напряжения в силовой сети).

В настоящее время на судах применяется, в основном, переменный ток. Постоянный ток используется лишь на специальных судах технического флота, судах малой мощности, где устанавливаются навешенные на главный двигатель генераторы и аккумуляторные батареи.

Величина напряжения тока регламентирована Правилами Регистра, которые разрешают применять на судах генераторы с номинальным напряжением при постоянном токе – 27, 115, 230В, при переменном трёхфазном токе – 133, 230, 400В. Выбор рода тока и напряжений должен быть обоснован в пояснительной записке. С учетом принятых параметров тока производят выбор вспомогательных механизмов с соответствующим приводом. Эти данные послужат в дальнейшем основой для расчета и комплектации судовой электростанции (СЭС). Первичные двигатели генераторов обычно определяются типом СЭУ. На судах с ДУ, ГТУ и комбинированными установками для привода генератора обычно применяют ВОД, на судах с ПТУ- вспомогательные паровые турбины.

В качестве аварийных источников электроэнергии применяются дизель-генераторы и аккумуляторные батареи.

Необходимая мощность СЭС определяется на основе энергетичес­кого баланса путем составления таблицы нагрузки всех установленных потребителей на основных режимах работы проектируемого судна или по приближенным зависимостям, полученным на основании опыта эксплуатации судов, подобных проектируемому.

Табличный способ заключается в составлении таблицы нагрузок генераторов на различных режимах работы судна: ходовой режим (в грузу и 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); маневренные режимы; аварийные режимы и др. Для судов специального назначения учитывают также режимы, определяемые их назначением и спецификой, например, на буксирах - ход с возом, на рыболовных судах ход с тралом и т.п.

Примерный вид таблицы нагрузок судовой электростанции на переменном токе приведен в [3,4].

Выбор мощности и числа генераторов осуществляется в зависимости от средневзвешенного коэффициента мощности . Если генератора, то мощность и число генераторов вы­бирают по суммарной активной мощности , если , то их выбирают по

Судовая электростанция должна удовлетворять следующим требованиям:

- загрузка работающих генераторов должна составлять не менее 60…70% их номинальной мощности;

- число установленных генераторов и их тип должно быть минимальным, они должны по возможности быть однотипными;

- на каждом режиме (кроме аварийного) в резерве должно быть не менее одного генератора, способного заменить наибольший по мощности из работающих.

Как правило, судовая электростанция комплектуется из 2…3 генераторов. Применение более трёх целесообразно в том случае, если мощность, потребляемая на режиме стоянки, составляет не более 30% мощности одного ДГ.

На судах с мощностью главных двигателей > 1430 кВт надо пре­дусматривать установку турбогенераторов, работающих от пара утилизационных котлов.

На основании таблицы нагрузок выбирают аварийную электростан­цию. Перечень потребителей, которые должны получать питание от аварийной электростанции, устанавливается Правилами Речного и Морского Регистров.

При выходе из строя аварийного дизель-генератора, в качестве аварийных источников тока используют аккумуляторные батареи. Тогда расчётную ёмкость батарей, необходимую для питания потребителей, определяют по формуле

где - мощность i-го потребителя, Вт; - время работы i-го пот­ребителя, ч; n – число потребителей, мощность которых учитывается; V - напряжение батарей, В; – ток j-го потребителя, A; - время работы- j-гo потребителя, ч; m- число потребителей, ток которых учитывается; - коэффициент, учитывающий саморазряд, принимаемый равным 0,9; - коэффициент, учитывающий снижение ёмкости за время кратковременных разрядов и принимаемый равным 0,8…0,85.

Аналитический (статистический) метод определения мощности судовой электростанции основан на зависимостях, полученных в ходе обработки статистических данных по судам различных типов и назначений.

Для транспортных судов с ДВС необходимая мощность судовой электростанции в ходовом режиме N_х, кВт, подсчитывается по форму­ле

где N_e - мощность главной установки, кВт, N_б.п - расчетная мощ­ность бытовых потребителей, кВт, ∆N - мощность наибольшего из эпизодически включаемых потребителей, кВт (вводится в формулу, если ∆N_х>N_б.п).

Для определения мощности бытовых потребителей используется зависимость:

где ∑N_плi - суммарная мощность камбузных плит, кВт; k_в∑N_вi - расчётная мощность электромеханизмов судовой вентиляции, кВт; k_кн∑N_кнi –расчётная мощность электромеханизмов системы кондиционирования, кВт; коэффициенты можно принимать k_в = 0,4...0,8 и k_кн =0,6…0,7.

Расчётная мощность судовой электростанции в режиме стоянки без грузовых операций кВт, подсчитывается по формуле

где D - дедвейт судна, т.

Для определения мощности на режиме стоянки с грузовыми операциями кВт, рекомендуется формула:

N_сг= +

где N_г - расчётная мощность грузовых устройств, кВт.

Для сухогрузных судов:

где z - число одновременно работающих лебедок и кранов номинальная грузоподъемность, т, и скорость выборки груза, м/мин, грузовыми средствами.

Для наливных судов:

- с электроприводными грузовыми насосами

- с паровыми грузовыми насосами

где k_г = 0,8 – коэффициент загрузки; N_г.н - суммарная мощность, кВт, грузовых насосов; ∑N_н.о - суммарная мощность, кВт, вентиляторов насосного отде­ления и вспомогательных механизмов грузовой системы; ∑N_вк - мощность, кВт, механизмов вспомогательного оборудования котельной установки.

Расчётная мощность электростанции, кВт, для судов с паротурбинными установками в ходовом режиме определяется по формуле

Мощность электростанции судов с ПТУ для режимов стоянки без грузовых операций и с грузовыми операциями можно определить по тем формулам, что и для судов с ДВС.

Для электроходов мощность электростанции в ходовом режиме принимается большей, примерно на (0,015…0,02)∑N_гд, где ∑N_гд - сум­марная мощность главных генераторов и гребных электродвигателей.

Для пассажирских судов рекомендуются зависимости:

где Z – число пассажирских мест на судне.

При отсутствии сведений по комплектующему электрооборудованию можно использовать зависимости линейного типа:

где N_хо - постоянная величина, зависящая от типа СЭУ и судна, кВт; а - безразмерный коэффициент, зависящий от типа СЭУ и судна; N_e –суммарная эффективная мощность ГД, кВт. Для ДУ транспортных судов N_хо =20…50 кВт, для судов с ПТУ = 80…100 кВт. Для некоторых типов судов (контейнеровозы, метановозы) N_хо=200…350 кВт. Значение а для большинства транспортных судов лежит в пределах 0,03... 0,055.

Для стояночных режимов среднюю нагрузку электростанции можно найти через водоизмещение или дедвейт D: где N - постоянная величина, кВт; b - размерный коэффициент пропорциональности, кВт/т. Значение N_со зависит от тех же парамет­ров, что и N_хо, для транспортных судов она составляет 15...30 кВт. Значение b сильно зависит от типа судна и может изменяться в пределах от 0,002 для сухогрузных судов, до 0,015…0,02 для танкеров и 0,055 для контейнеров и метановозов.

На некоторых судах для обеспечения потребителей электроэнергией в ходовом режиме применяются валогенераторы. Это генераторы тока, приводимые в действие от валопровода через клиноремённую или зубчатую передачу. При наличии валогенераторов вспомогательные дизель-генераторы в ходовом режиме не работают, что позволяет экономить топливо. Валогенераторы устанавливают на буксирах-толкачах, на сухогрузных теплоходах и танкерах, где потребность в электроэнергии в ходовом режиме не превышает 40…50 кВт. При установке на судне валогенераторов необходимо иметь в виду, что в этом случае мощность, подведенная к движителям, снизится на величину мощности, потребляемой работающими валогенераторами.