6.10.2. Электроэнергетические системы судна. Определение потребной мощности сэс. Комплектование сэс.

Мощность и количество генераторных агрегатов определяют на основе расчетной таблицы наиболее характерных режимов потребления электроэнергии (табличный метод):

К таким режимам от­носятся: ходовые режимы (в простейшем случае один основной ходовой режим); режим маневрирования; стояночные режимы (стоянка с активными операциями и стоянка без активных опе­раций); аварийные режимы (без выхода из строя и с выходом из строя основной электростанции); специальные режимы, определяемые назначением судна.

При определении потребляемой электрической мощности для каждого из рассматриваемых режимов все потребители разде­ляют на три группы:

• постоянно включаемые потребители (например, насосы охлаждающей воды главных двигателей в ходовом режиме);

• периодически включаемые потребители (например, топ- ливо-перекачивающие насосы);

• потребители, эпизодически включаемые на короткое время (например, трюмоосушительные насосы).

Потребители первой и второй групп составляют основную нагрузку СЭС. Электрическую нагрузку потребителей третьей группы подсчитывают отдельно, причем если эта нагрузка со­ставляет менее 10% суммарной нагрузки по первым двум группам, ее можно не учитывать при подведении итогов, так как она находится в пределах обычно допускаемой кратковре­менной перегрузки генераторных агрегатов.

При определении суммарной электрической нагрузки в рас­сматриваемом режиме вводят общие коэффициенты одновре­менности и дополнительно учитывают потери в сети. Эти коэф­фициенты принимают равными: для первой группы потребителей; для второй группы.

(7.9)

Потери в сети учитывают введением коэффициента . Таким образом, нагрузка ЭЭУ в рассматриваемом режиме со­ставит:

,

где , — суммарная активная и реактивная мощность, а ин­дексы 1 и 2 относятся к потребителям первой и второй групп соответственно.

Средневзвешенный коэффициент мощности будет

Определенный таким образом средневзвешенный коэффици­ент мощности обычно превышает номинальный коэффициент мощности генераторов, и в этом случае состав и мощность ге­нераторных агрегатов устанавливают по активной мощности. В противном случае (при ) генераторы необходимо выбирать по пол­ной мощности ,

,

Мощность первичных двигателей генераторных агрегатов в любом случае определяется активной мощностью с учетом КПД генераторов.

На начальных этапах проектирования для предварительной оценки величины электрических нагрузок в отдельных случаях используют приближенные аналитические зависимости, полученные на основе обработки статистических данных.

Для наиболее распространенного типа установок с ДВС мор­ских сухогрузных судов подобные зависимости, предложенные В. А. Пановым, приведены ниже.

Расчетная мощность СЭС в ходовом режиме

где — мощность главных двигателей, кВт;— мощность электрифицированного оборудования камбуза, электродвигате­лей вентиляции и установки кондиционирования воздуха.

Расчетная мощность СЭС в режиме маневрирования

,

где — мощность брашпиля или якорного шпиля, кВт; —мощность компрессора пускового воздуха, кВт.

Расчетная мощность СЭС в режиме стоянки без грузовых операций

,

где — водоизмещение судна, т.

Расчетная мощность СЭС в режиме стоянки с грузовыми операциями

,

где — количество грузовых лебедок; — номинальная грузо­подъемность лебедок, т; — номинальная скорость подъема груза, м/мин.

При выборе количества и мощности генераторных агрегатов нужно руководствоваться следующим:

— при отказе любого из генераторных агрегатов оставшиеся должны обеспечивать питание всех потребителей, необходимых для движения и безопасности судна;

• загрузка агрегатов должна обеспечивать питание потре­бителей в каждом из режимов;

• общее количество агрегатов и количество их типоразме­ров в составе судовой электростанции должно быть по возмож­ности минимальным.

В принципе следует стремиться к тому, чтобы в ходовом ре­жиме работал лишь один генераторный агрегат, что значительно упрощает управление СЭС и регулирование ее работы. В связи с этим при турбинном приводе укрупняют мощности генераторных агрегатов. В случае привода от ДВС в целях обеспечения достаточно высокой загрузки агрегатов во всех режимах часто ограничивают мощность агрегатов и соответственно увеличи­вают их количество.

Отбор мощности от главных двигателей для привода гене­раторов в настоящее время, как правило, применяют только в установках с ВРШ, так как в этом случае наиболее просто решается проблема обеспечения постоянной частоты вращения генераторов при изменениях режима работы пропульсивной уста­новки. При отборе мощности часто учитывают возможность пе­реключения привода генератора на независимый двигатель, тогда при отключении отбора нет необходимости переводить электрическую нагрузку на другой генератор.

Применение в составе СЭС утилизационного турбо­генератора при пропульсивной установке с ДВС получило широкое распространение. Если мощность глав­ного двигателя составляет более 6,5—7,0 МВт, то количество пара, вырабатываемого утилизационным парогенератором, может оказаться достаточным для полного удовлетворения всех потребителей судна тепловой и электрической энергией в ходовом режиме.

Аварийная ЭЭУ должна размещаться в отдельном помеще­нии выше палубы переборок, вне шахт машинных помещений, с выходом непосредственно на открытую палубу. В качестве аварийного генераторного агрегата применяют электрогенера­тор с приводом от ДВС и с автоматическим пуском. Все системы должны быть автономными и обеспечивать непрерывную работу аварийного агрегата в течение 6 ч для грузовых судов и 36 ч для пассажирских, рыбопромышленных и других судов с боль­шим количеством людей на борту.

Таким образом, на основании значений нагрузок, указанных в различных режимах эксплуатации судна (определяемых по эмпирическим формулам предварительно, а затем уточняемых с использованием табличного или вероятностного метода – здесь не рассматриваемых), осуществляется выбор генераторов по количеству и номинальной мощности с учетом значений их загрузки в режимах и обеспечением надлежащего резерва. Необходимо стремиться к тому, чтобы загрузка генераторов в длительных эксплуатационных режимах (стоянка, ход) находилась в пределах 70 - 90 % от номинальной, в кратковременных режимах (швартовка, аварийный режим, съемка с якоря) была не ниже 30-40 % для турбогенераторов. Загрузка дизель-генераторов ниже 50 % от номинальной не рекомендуется в связи с ускоренным износом деталей и повышенным расходом топлива. Указанные значения загрузки обеспечивают экономичную работу генераторов.

В соответствии с требованиями Регистра минимально необ­ходимая мощность источников электрической энергии основной СЭЭС должна быть такой, чтобы при выводе из действия любого источника оставшиеся обеспечивали возможность питания по­требителей, необходимых для движения и безопасности судна в ходовом или аварийном режиме работы. В целях повышения живучести системы электроснабжения на отдельных судах предусматривают разделение генераторных агрегатов основной СЭЭС на две независимые группы, размещаемые в различных водоне­проницаемых отсеках.

На большинстве современных судов внутреннего и смешанного плавания, а также на небольших судах морского плавания устанавливают 2-3 генератора, на средних и крупных транспортных судах и промысловых судах - 3-4, на судах вспомогательного и технического флота - 4-8. Для получения удовлетворительной загрузки выбираемых генераторов во всех режимах эксплуатации судна необходимо стремиться к установке возможно большего количества генераторов меньшей мощности с использованием их одиночной и параллельной работы.

Нагрузки аварийных генераторов также можно определить, следуя примеру вышеуказанной таблицы, но с некоторыми изменениями в анализе работы потребителей электроэнергии.

Перечень потребителей, работающих в аварийном режиме, указан в Регистре и включает те из них, работа которых обеспечивает на потерпевшем аварию судне безопасность пассажиров и экипажа, пожаротушение, осушение, управляемость, внутреннюю и внешнюю связь, сигнализацию. Питание должно обеспечивать сети освещения (трапов, проходов, машинных отделений, рубок, постов управления, ангаров, площадок расположения спасательных средств и забортных пространств); работу электроприводов аварийного пожарного насоса, рулевого устройства, осушительного насоса, шлюпочных лебедок, пассажирских лифтов; механизмов и устройств, необходимых для аварийного расхолаживания атомной энергетической установки судна; работу радиосвязи, радиопеленгаторов, эхолота, гирокомпаса, командной трансляции, приводов водонепроницаемых дверей, тифонов, сирен и т. п., при этом все потребители считаются непрерывно работающими с коэффициентами загрузки и одновременности, равными 1,0.

Источники:

1. Болдырев О.Н., «Судовые энергетические установки», 2007.

2. Козлов В.И., «Судовые энергетические установки», учебник, 1975

3. Артемов Г.А., Волошин В.П. и др., «Судовые энергетические установки», 1987

4. Голубев Н.В., «Проектирование энергетических установок морских судов», учебное пособие, 1980.

5. Римлянд Е.Ю., «Расчет судовой электроэнергетической системы», 1998