Графическая часть

В этой части должны быть сделаны следующие чертежи:

- принципиальна схема ГРЩ (АРЩ) со спецификацией;

- чертеж одной секции ГРЩ (генераторной или распределительной) Цепи управления принципиальной схемы ГРЩ должны выполняться различным способом изображения элементов.

1.Определение нагрузок судовой электростанции

Величина нагрузки судовой электростанции в любой момент времени будет зависеть от количества потребителей, подключенных к данной электростанции и их потребляемой мощности, которая зависит от режима работы установки и от условий эксплуатации судна.

Характер изменения нагрузок судовой электростанции следует относить к категории случайных процессов и расчет вести вероятностным методом, но в настоящее время этот метод находит ограниченное применение, так как он еще не полностью разработан и доведен до приемлемых для практики расчетов.

Чаще всего в инженерных расчетах применяют табличный метод, который при соответствующем опыте дает хорошие результаты. При этом методе составляется таблица нагрузок электростанции (см. приложение 1).

Порядок составления таблицы:

1. в графу 1 вписывают все потребители электроэнергии, начиная с палубных механизмов, затем вносят механизмы, обслуживающие силовую установку (главные и вспомогательные дизели, котлы и т.п.), далее идут механизмы общесудовых систем (балластные, осушительные, фановые, санитарные и т.д.), бытовых приборов, радиотехнические потребители и освещение;

2. имея данные судовых потребителей (количество одноименных потребителей, потребляемую мощность механизма, номинальную мощность электродвигателя, его КПД и cosφ) заполняют графы 2,3,4,5,6 и 7;

3. в графу 8 вносят единичную мощность потребителя, которую определяют по формуле:

где k_u = P_м / Р_э - коэффициент использования, который показывает загрузку электродвигателя в номинальном режиме работы. Этот коэффициент возникает из-за того, что не всегда удается подобрать мощность электродвигателя по потребной мощности механизма. В этом случая устанавливают двигатель завышенной мощности.

Так, например, для привода насоса рулевой электрогидравлической машины необходим двигатель мощностью 7 кВт, но установлен двигатель номинальной мощностью 8 кВт. Такой двигатель будет использоваться только на 87,5%, т.е. его коэффициент использования в номинальном режиме работы рулевой машины k_u= 0,875.

Р_e - номинальная мощность электродвигателя или другого потребителя, кВт.

P_м – мощность, необходимая для привода механизма.

η - номинальный КПД потребителя.

Мощность таких потребителей как светильники, нагревательные элементы, зарядные устройства и т.п. вносят в графу 8 из графы 5 без пересчета.

Мощность радиотехнических приборов также переносится в графу 8 из графы 5.

Суммарную мощность определяют по формуле:

где n - количество потребителей данного наименования. Например, холодильники n = 12,рулевых машин 2,т.е. n = 2 и т.д. Суммарную мощность Р_сум вносят в колонку 9.

Далее определяют характерные режимы работы электростанции. В соответствии с требованиями Речного Регистра России в расчете должны быть предусмотрены следующие режимы работы электростанции:

- ходовой;

- стояночный;

- снятие с якоря (шлюзование), обычно его называют маневренный или «маневры»;

- специальный, который связан с грузовыми работами, каким-то техническим процессом (промыслом, гидрографией, путевыми работами и т.п.)

- аварийный (при пожаре или получении судном пробоины).

Обычно в зависимости от типа судна предусматривают следующие режимы работы электростанции:

• для буксиров: ходовой режим с буксируемым караваном, иногда ходовой порожнем, стояночный, маневренный и аварийный;

• для ледоколов: ходовой в чистой воде, ходовой при форсировании льда, стояночный, маневренный и аварийный режим;

• для сухогрузов, танкеров и рефрижераторов: ходовой, стояночный баз грузовых операций, стояночный с грузовыми операциями, если на судне есть погрузочная техника (кран, грузовая стрела, грузовые насосы и т.п.), маневренный и аварийный;

• для пассажирских судов: стоянка без пассажиров, стоянка с пассажирами, ходовой, маневренный и аварийный режим;

У специальных судов могут добавляться другие режимы. Например, у заправщиков, бункеровщиков, осенизаторных судов и т.п. нужно предусматривать технологический режим. У земснарядов, кранов и т.п. необходим режим работы электростанции при работе плавсредства по основному назначению.

В графы каждого режима вносят те потребители, работа которых необходима в этом режиме. При этом следует иметь ввиду, что нагрузка электростанции по своему характеру бывает неодинаковая, поэтому ее разбивают на три категории: постоянно, периодически и эпизодически работающая.

Грань между этими категориями провести довольно трудно. Так, например, пожарный насос в аварийном режиме будет отнесен к постоянно работающей категории, в других режимах, когда он используется для бытовых целей (обмыва якорной цепи во время подъема якоря или мытья палубы, надстроек и т.п.) его следует относить к эпизодически работающим потребителям.

Каждые из режимов разбивают на пять граф-колонок: коэффициент одновременной работы одноименных потребителей, коэффициент загрузки, коэффициент мощности в данном режиме, активная мощность и реактивная мощность.

Коэффициент одновременной работы потребителей К_о показывает одновременную работу одноименных потребителей в данном режиме. Например, на судне установлено два компрессора, но в ходовом режиме достаточно работы одного, то в этом режиме в строке компрессор коэффициент одновременности будет равен 0.5, т.е. К_о = 0,5. На маневрах большой расход воздуха, поэтому включают оба компрессора (К_о = 1).

Коэффициент загрузки потребителя К_з отражает процент загрузки работающего в данном режиме потребителя электроэнергии. Этот коэффициент у одного и того же потребителя в разных режимах может быть разным. Например, центробежные насосы, вентиляторы, воздуходувки и т.п. даже в номинальном режиме имеют коэффициент загрузки равный 0.9, компрессоры тоже близко к 0,9. Пожарный насос при работе по прямому назначению, т.е. в аварийном режиме определяют коэффициентом К_з = 0.9, но этот насос часто используют для бытовых целей, когда его производительность и давление умышленно снижают, поэтому в этом случае К_з = 0,5…0,6. Коэффициент загрузки освещения обычно принимают равным (0,5...0,8) в зависимости от времени суток, но в настоящее время разбивку режима работы на день и ночь делают в редких случаях, так как это не вносит существенных погрешностей в расчет. Например, на туристических судах с большим коэффициентом комфортабельности иногда эту разбивку делать рационально, но даже в этом случае часто потребление энергии освещением ночью, компенсируется потреблением энергии камбузным оборудованием и вентиляцией днем.

Коэффициент мощности каждого потребителя в любом режиме зависит от коэффициента загрузки К_з - чем меньше К_з, тем меньше и cosφ данного потребителя. cosφ данного режима, т.е. снижение cosφ от номинального значения можно определить по кривой cosφ = f(К_з). Необходимо отметить, что η тоже зависит от К_з, но в меньшей степени, поэтому его отдельно не учитывают при относительно высоких значениях К_з.

Кривые зависимости cosφ = f(К_з) приведены в приложении 2.

Следует учитывать, что при люминесцентном освещении cosφ = 0,7.

Активную мощность определяют по формуле:

Реактивную мощность вычисляют по формуле:

Q = .

где tgφ определяют по cosφ потребителя в данном режиме, т.е. с учетом К_з по графам 12,17,22,27 и 32 соответственно.

Затем приступают к суммированию потребителей мощности, т.е. суммируют значения по графам 13 и 14, 18 и 19, 23 и 24, 28 и 29, 33 и 34 (см. таблицу нагрузок, приложение .1.).

После этого определяют суммарные активную и реактивную мощность без учета эпизодической нагрузки (Р₁ и Q₁).

Для удобства подведения итогов эпизодическую нагрузку в таблице заключают в скобки.

Расчетную нагрузку получают умножением суммарной нагрузки Р₁ и Q₁ на общий коэффициент одновременности k´_o, который учитывает одновременную работу всех потребителей данного режима и берется в пределах (0,6...1,0) в зависимости от режима и состава потребителей. Если в данном режиме большинство потребителей относятся к категории постоянно работающих, то коэффициент k´_o берется более высоким. Если же большинство потребителей относится к потребителям периодически работающим, то его нужно брать меньше. Обычно в ходовом и аварийном режимах этот коэффициент принимают (0,9…1,0), а в остальных режимах (0,7...0,8), а иногда и меньше:

.

.

Полученные результаты умножают на коэффициент k_с учитывающий потери электроэнергии в сети, который считают равным (1,03...1,05). Эти потери зависят от относительной протяженности сетей и величины напряжения.

Окончательно расчетные мощности будут равны:

.

.

.

Средневзвешенный коэффициент мощности cosφ_ср.взв. определяется как отношение активной расчетной мощности к полной мощности:

.

Если cosφ_ср.взв. получится равным или больше cosφ_н, генераторы выбирают по активной мощности Р_расч, если меньше cosφ_н - по полной S_расч.

Обычно cosφ_ср.взв. получается выше cosφ_н генератора.

где cosφ_н - номинальный коэффициент мощности выбираемого генератора.