1.2. Единые судовые электроэнергетические установки

Гребные электрические установки, благодаря ряду достоинств, таких как высокая регулировочная и перегрузочная способность, высокий КПД на долевых нагрузках и т.д., находят широкое применение на судах различного назначения - ледоколах и судах ледового плавания, буксирах и транспортных судах, круизных судах и паромах, судах специального назначения.

Первоначально на судах с ГЭУ использовали две электростанции, одну - для питания ГЭД, другую - для питания общесудовых приемни­ков. При этом, как правило, генераторы разных электростанций выраба­тывали электроэнергию с различными параметрами. Управление ГЭД, осуществлялась за счет изменения величины напряжения или частоты тока главных генераторов, в то время как вспомогательные генераторные агрегаты вырабатывали электроэнергию с постоянными параметрами. На рис. 1.3 в качестве примера представлена упрощенная схема СЭЭУ с ГЭУ постоянного тока.

По мере развития полупроводниковой техники появилась возмож­ность создания единых СЭЭУ, в которых одни и те же генераторные агрегаты вырабатывают электроэнергию для нужд ГЭУ и питания обще­судовых потребителей.

Достоинствами единых СЭЭУ являются:

- оптимизация режимов эксплуатации приводных двигателей (дизелей), и как следствие, снижение расхода горюче-смазочных материалов и повышение КПД;

- повышение надежности и эксплуатационных характеристик установки в целом;

- снижение стоимости оборудования установки;

- возможность гибкого планирования технического обслуживания и ремонта генераторных агрегатов путем поочередного вывода их из эксплуатации.

3

Рис. .1.3. СЭЭУ с ГЭУ постоянного тока:

1- главный ДГ; 2 - вспомогательные ДГ; 3 - ГЭД;

4 - гребной винт; 5 - ГРЩ

Регулирование ГЭД в единых СЭЭУ осуществляется с помощью полупроводниковых преобразователей электроэнергии - выпрямителей, при использовании в качестве ГЭД машины постоянного тока, или полупроводникового преобразователя частоты, при использовании в качестве ГЭД машины переменного тока.

Мощность ГЭД, как правило, значительно превосходит мощность общесудовых приемников электроэнергии. Для снижения массы и габаритов оборудования в ГЭУ используется высокое напряжение до 10 кВ и выше. Для питания общесудовых приемников электроэнергии в этом случае необходимо использовать понижающие трансформаторы. Мощные полупроводниковые преобразователи ГЭУ снижают качество электроэнергии в судовой сети. Поэтому в высоковольтных единых СЭЭУ нашли применение электромашинные преобразователи электроэнергии, состоящие из двух электрических машин, одна из которых работает в двигательном режиме, другая - в генераторном.

На рис. 1.4 приведена упрощенная схема единой СЭЭУ с ГЭУ переменного тока и понижающим трансформатором.

Рис. 1.4. Единая СЭЭУ с ГЭУ переменного тока и понижающим трансформатором:

1 - щит электродвижения; 2 - главные ДГ; 3 - ГЭД; 4 - гребной винт; 5 -полупроводниковый преобразователь; 6 - понижающий трансформатор; 7- ГРЩ

При торможении судна ГЭД переводится в генераторный режим работы. Электроэнергия, вырабатываемая ГЭД поступает через преобразователь в судовую сеть и дизель-генераторы (ДГ) разгружаются. Поскольку мощность ГЭД значительно превосходит мощность общесудо­вых приемников, появляется избыток электрической мощности, который приводит к повышению частоты в сети, что может служить причиной отказов приводных двигателей генераторов.

В последние годы в ГЭУ широкое применение получили винторулевые колонки (ВРК). К основным достоинствам судов с ВРК следует отнести:

- высокие маневренные характеристики;

- отсутствие валопровода;

- отсутствие рулевого устройства и, как минимум, кормового подру­ливающего устройства;

• более высокий КПД гребной установки;

• уменьшение акустических шумов и вибрации судна;

• сокращение времени постройки судна и т д.

Указанные достоинства ВРК позволяют существенно расширить область применения ГЭУ и успешно их использовать на судах среднего и малого водоизмещения, где мощность ГЭД соизмерима с мощность общесудовых потребителей.

В единых СЭЭУ с ВРК в ряде случаев целесообразно использование генераторов со стандартным значением напряжения (400 или 450 В), а для питания высоковольтных ГЭД в случае необходимости использовать повышающие трансформаторы и полупроводниковые преобразователи.

Согласно правилам Российского Морского Регистра судоходства, количество ВРК должно быть не менее двух. При этом ГЭД могут находиться в корпусе судна или размещаться непосредственно в ВРК.

На рис. 1.5 изображена единая СЭЭУ с ГЭУ переменного тока на базе ВРК с повышающими трансформаторами.

Рис. 1.5. ЕЭЭУ с ГЭУ переменного тока на базе ВРК и повышающими

трансформаторами:

1 - ГРЩ; 2- ДГ; 3 - ГЭД; 4 - ВРК; 5 - полупроводниковый преобразователь;

6- повышающий трансформатор

В единой СЭЭУ с ВРК реверс ГЭД не требуется, гак как реверсирование судна осуществляется путем разворота колонок, что благоприятно сказывается на режиме эксплуатации приводных двигателей генераторов.