3.4. Электрические передачи

Электрические передачи осуществляют двойное преобразование энергии: механическая энергия главных двигателей в электрогенераторах преобразуется в электрическую, которая передается гребным электродвигателям, преобразующим ее в механическую энергию гребного вала и движителя (рис. 3.14).

При этом сокращаются потери энергии в опорных подшипниках валопровода и самом валопроводе за счет сокращения его длины. Это является основным достоинством электропередачи. Такая передача похожа на гидростатическую, только вместо трубопровода применена электросеть, а вместо гребного гидромотора - гребной электродвигатель.

Электрические передачи бывают на постоянном и переменном токе, а также комбинированные: с генератором переменного тока, гребным электродвигателем постоянного тока и безмашинными статическими преобразователями переменного тока в постоянный.

В зависимости от типа главного двигателя различают дизель-электрические и турбоэлектрические установки.

Основным достоинством электропередач является возможность обеспечивать высокие тяговые характеристики на малых частотах вращения гребного винта, не превышая допустимые нагрузки на двигатели.

Рис. 3.14. Схема судовой электропередачи:

1 - гребной вал; 2 - упорный вал;

3 - гребной электродвигатель; 4 - главный распределительный щит;

5 - генератор; 6 – двигатель

Электрическая передача позволяет использовать мощность турбо- или дизель-генераторов для привода одного или нескольких малооборотных гребных электродвигателей. Это повышает надежность СЭУ и позволяет применять высоко- и среднеоборотные нереверсивные первичные двигатели.

Благодаря отсутствию механической связи между главным электрогенераторами и гребными электродвигателями их частоту вращения можно выбирать оптимальной, а первичные двигатели в этом случае защищены от внешних ударных и других воздействий со стороны гребного двигателя и винта.

Еще одним достоинством электропередачи является возможность использования главных генераторов для прочих судовых потребностей.

Электропередачи на постоянном токе имеют высокие маневренные качества, самый быстрый реверс, высокие пусковые моменты. Так, полное затормаживание гребного винта осуществляется за 5…16 с, а выбег судна при его расчетной начальной (перед торможением) скорости обычно не превышает 6…7 длин корпуса.

СЭУ с электропередачами постоянного тока управляются достаточно просто, например, применяя реостатное регулирование. Это позволяет применять высокоманевренную систему дистанционного управления.

Электропередачи постоянного тока, благодаря указанным достоинствам, применяются на судах, требующих частое изменение скорости и режимов работы с изменением мощности (на ледоколах, буксирах и промысловых морских судах, транспортных судах ледового плавания).

Электропередачи переменного типа применяются на судах, движители которых большую часть времени работают на постоянных режимах без изменения скорости, а также на судах с ВРШ.

Поскольку генераторы переменного тока проще по конструкции, меньше по габаритам, имеют более высокий КПД и удобнее в эксплуатации, чем генераторы постоянного тока, в последние годы все чаще применяются комбинированные электропередачи, когда генераторы ставятся переменного тока, а гребные электродвигатели - постоянного.

На практике электрическая передача может осуществляться двумя способами.

При первом способе главный двигатель (главный дизель-генератор) вырабатывает электрическую энергию, которая через распределительное устройство поступает на гребной электродвигатель, вращающий гребной винт.

При втором способе между валом двигателя и гребным валом устанавливается электромагнитная муфта.

Дизель-электрическая передача обладает высокой маневренностью, дает возможность применять нереверсивные двигатели, допускает работу гребного винта на наиболее выгодной частоте вращения при неизменной частоте вращения главного двигателя, позволяет удобно и компактно разместить главные двигатели в машинном отделении судна. При использовании быстроходных дизелей масса и габариты дизель-электрической установки меньше, чем у обычной дизельной установки с непосредственной передачей на винт.

Однако существенным недостатком дизель-электрической передачи является двойное преобразование энергии: сначала механической в электрическую (генератор), а затем электрической в механическую (гребной электродвигатель). При этом потери энергии достигают 15%.

Другой недостаток определяется тем, что дизель-электрическая передача комплектуется в основном на базе высокооборотных двигателей, которые имеют небольшой моторесурс, их работа сопровождается повышенным шумом, они требуют дорогого высококачественного топлива.

Кроме этого, при такой передаче увеличивается штат машинной команды, обслуживающей электроэнергетическую установку.

В связи с этим применение дизель-электрической передачи ограничивается морскими паромами, ледоколами и отдельными транспортными судами.