3.3. Подруливающие устройства

Подруливающие устройства (ПУ) предназначены для создания поперечного упора при швартовке судна или входа в узкости (проливы). Для увеличения вращающего момента относительно центра масс ПУ располагаются в носовой или же носовой и кормовой оконечностях судна.

В настоящее время находят применение водометные ПУ с гребным винтом ВРШ или ВФШ, крыльчатые и струйные ПУ.

В качестве электродвигателей для ПУ применяются АДФР с блоком резисторов или АДКЗ с преобразователями частоты.

4. Расчет судовой электростанции, выбор числа, единичной мощности и типа генераторных агрегатов

В предварительных замечаниях главы рассматриваются основные параметры судовой электроэнергетической системы и особенности комплектации ее главных звеньев.

Расчет мощности электростанции судна производится с целью определения ее оптимальной комплектации. Выбор числа и единичной мощности ГА надо производить на основании расчетных данных мощностей для всех эксплуатационных режимов работы судов.

При выборе числа и единичной мощности генераторных агрегатов (ГА) руководствуются требованиями и правилами Морского Регистра, которые выражаются следующими положениями:

а) количество генераторных агрегатов СЭС не может быть меньше двух и больше шести. Как правило, на судах устанавливаются три–четыре генераторных агрегата (основной и резервный) с учетом аварийного;

б) число однотипных генераторных агрегатов должно быть минимальным;

в) загрузка работающих генераторных агрегатов должна составлять 7090  их номинальной мощности;

г) установка резервного генераторного агрегата такой мощности, чтобы при выходе из строя любого основного генераторного агрегата СЭС работала нормально;

Экономичность работы судовой электростанции достигается:

1) отказом от параллельной работы генераторных агрегатов в наиболее длительных режимах при пониженной нагрузке СЭС (с загрузкой менее 30…40 %);

2) уменьшением типоразмеров генераторных агрегатов;

3) применением разумной степени автоматизации СЭС и выбором дистанционного управления ГА;

4) обеспечением нормального качества вырабатываемой электроэнергии генераторами, то есть поддержанием постоянства напряжения и частоты тока на заданном уровне

Стабильность этих основных параметров обычно обеспечивается применением систем автоматического регулирования напряжения генераторов и частоты их вращения

При определении мощности СЭС трудность вызывает сложность расчета потребляемых мощностей приемников электроэнергии, работающих с различными нагрузками в разных режимах. Для каждого режима работы судна имеются свои нагрузки, зависящие от назначения, водоизмещения судна, типа энергетической установки и мощности приемников электроэнергии

Путем непосредственного учета установленной мощности приемников и степени энерговооруженности судна, рассчитывают мощность для характерных групп приемников с помощью коэффициентов спроса к_С для каждой группы.

Расчет мощности ЭС аналитическим методом выполняется для основных режимов: ходового, стояночного с грузовыми операциями и без них, маневрирования, аварийных и специальных режимов.

В таблице (Приложение А) приведены необходимые исходные данные ряда вариантов задания по расчету мощности СЭС, где приняты следующие обозначения 

D - водоизмещение судна, т;

N - мощность главных двигателей (ГД) судна; кВт. ;

Р_ЭН - мощность наибольшей эпизодической нагрузки, кВт;

Р_КВ - мощность кондиционеров воздуха, кВт;

Р_К - установленная мощность электроплит камбуза, кВт;

Р_БВ - суммарная мощность бытовой вентиляции, кВт;

Р_ЯШУ - установленная мощность электроприводов ЯШУ, кВт;

Р_ГМ - суммарная мощность грузовых механизмов, кВт;

Р_КП - установленная мощность компрессоров сжатого воздуха, кВт;

Р_ХУ - мощность холодильной установки, кВт;

Р_ПВ - мощность периодически включаемых потребителей, кВт;

Р_ПУ - мощность подруливающих устройств, кВт;

Р_ТО - суммарная мощность технологического оборудования, кВт;

Р_НО - мощность электронавигационного оборудования, кВт;

Р_ГД - мощность механизмов, обсуживающих СЭУ, кВт;

Р_ТЛ - мощность траловых лебедок, кВт.

Основные параметры СЭЭС: род тока –трехфазный переменный; напряжение в системе U_С =380 В; частота тока f_С= 50 Гц.

Автоматизация класса AUT1 (AUT2) – по согласованию с преподавателем.

Мощность судовой ЭС рассчитывают для каждого режима в следующем порядке.

Ходовой режим. Среднюю расчетную мощность р_Х, кВт, определяют из выражения

р_РХ = (18+0,028N) + р_ЭН +k_ОР_ХУ, при р_ЭН > р_Р.Б ; (4.1)

р_РХ = (18+0,028N) +р_Р.Б +k_О Р_ХУ, при р_РБ > р_ЭН, (4.2)

где N – мощность главных двигателей энергетической установки, кВт; Р_ХУ – мощность холодильной установки, кВт; k_О – коэффициент одновременной работы, k_О=0,85; Р_РБ - расчетная мощность бытовых приемников, кВт; Р_ЭП – эпизодическая нагрузка (неответственные бытовые потребители), кВт;

Выражения (4.1) и (4.2) справедливы только для дизельной мало– и среднеоборотной энергетических установок судна с электрифицированными масляными охлаждающими насосами, а также насосами забортной и пресной воды.

Расчетная мощность бытовых приемников р_РБ, определяется как

р_Р.Б = р_Р.К + р_Р.В + р_Р.КВ, (4.3)

где р_Р.К , р_Р.В – расчетная мощность камбузов и бытовых вентиляторов, кВт; р_Р.КВ – расчетная мощность для систем кондиционирования воздуха, кВт.

Расчетные мощности р_Р.В и р_Р.КВ определяются по формулам

Р_Р.В = k_СВ (4.4); Р_Р.КВ=k_С.КВ , (4.5),

где k_С.В и k_С.КВ. – коэффициенты для систем соответственно вентиляции и кондиционирования воздуха. Коэффициент k_С.КВ принимается равным 0,7. Коэффициент k_С.В находиться в функциональной зависимости от суммы установленных мощностей бытовых вентиляторов. Например, при равной 20, 50 и 100кВт, коэффициент k_С.В равен соответственно 0,75; 0,47; 0,45.

Результаты расчетов по формулам (4.1) и (4.2) рекомендуется проверять по следующим выражениям, учитывающим энерговооруженность и особенности электрооборудования судна

р_Х1=р_Р1+р_Р2+р_Р3+р_Р4+р_ЭН+k_ОР_ХУ, при р_ЭН > р_РБ; (4.6)

р_Х1=р_Р1+р_Р2+р_Р3+р_Р4+р_РБ+k_ОР_ХУ, при р_РБ > р_ЭН, (4.7)

где р_Р1, р_Р2, р_Р3, р_Р4 – расчетные мощности соответственно вспомогательных механизмов, обслуживающих главную энергетическую установку, электронавигационного оборудования, светильников, периодически включаемых приемников, определяемых по формулам

(4.8)

(4.9)

(4.10)

(4.11)

где – к.п.д. трансформаторов или преобразователей, =0,9; D – водоизмещение судна, т.

Формулы (4.6) и (4.7), учитывающие энерговооруженность судна, используют для определения мощности ЭС различных судов при наличии установленных расчетами и опытом эксплуатации, коэффициентов спроса для групп и приемников.

В результате выбирается большее из полученных значений мощностей ходового режима.

Режим стоянки без грузовых операций. Среднюю расчетную мощность в данном режиме находят по формулам:

р_Р.СТ =(11+0,002D)+р_ЭН + k_ОР_ХУ при р_ЭН > р_Р.Б ; (4.12)

р_Р.СТ =(11+0,002D)+р_рб + k_ОР_ХУ при р _Р.Б > р_ЭН . (4.13)

Результаты расчетов (4.12) и (4.13) рекомендуется проверять по формулам

р_СТ1 = р_Р3 + р_Р4 + р_ЭН + k_ОР_ХУ, при р_ЭН > р_РБ ; (4.14)

р_СТ1 = р_Р3 + р_Р4 + р_РБ + k_ОР_ХУ, при р_РБ > р_ЭН. (4.15)

Выбираем большее значение мощности стояночного режима.

Режим работы с грузовыми операциями. Мощность ЭС здесь определяет режим работы грузовых лебедок и механизмов, работающих на стоянке. Рабочий цикл грузовых лебедок (работа в повторно-кратковременном режиме) обусловливает полный характер суммарного графика нагрузки судовой ЭС и, соответственно, сложность расчета мощности электроприводов.

Мощность ЭС определяется выражением

р_СТ.Г = р_СТ + р_ГМ , (4.16)

где р_СТ, р_ГМ – расчетные мощности в режиме стоянки без грузовых операций и мощности грузовых механизмов, кВт. Для танкеров грузовыми механизмами являются соответствующие типы грузовых насосов перекачки ГСМ.

Мощность грузовых лебедок, при необходимости, определяется выражением

(4.17)

где n– число лебедок; V_H – номинальная скорость подъема полного груза, м/с; G_H– номинальная грузоподъемность лебедок, т.

Режим маневрирования.

Этот режим работы СЭС наиболее энергоемкий и состоит, как правило, из двух составляющих: съемки судна с якоря и собственно режима маневрирования судна.

Съемка судна с якоря:

р_М1 = р_рХ + 0,8(р_ЯШУ + р_КП). (4.18)

Маневренный режим работы:

Р_М2 = Р_РХ + (0,5…0,8)Р_ПУ , (4.19)

где р_ЯШУ и р_КП – номинальные потребляемые мощности электродвигателей ЯШУ и компрессоров пускового воздуха, кВт; р_ПУ – мощность подруливающих устройств, кВт.

Выбираем наиболее напряженный режим работы СЭС.

Аварийный режим работы основной СЭС. В этом режиме за счет работы пожарных насосов и водоотливных средств мощность СЭС необходимо увеличить на 25-30 % по сравнению с мощностью в ходовом режиме

Р_А = (1,25 …1,30)Р_рХ . (4.19)

Аварийная ЭС. Согласно требованиям Морского Регистра, мощность СЭС выбирается в соответствии с нагрузкой потребителей, которые должны работать в аварийном режиме. Такими потребителями являются: штурманское и радионавигационное оборудование, аварийное освещение, сигнальные огни, пожарные насосы, прожекторы, аварийная пожарная сигнализация, рулевые механизмы.

При предварительном определении мощности АЭС, когда неизвестны мощности потребителей, работающих в аварийном режиме, можно принять

р_АЭС = (0,1…0,2)Р_рХ . (4.20)

Специальные режимы. В зависимости от назначения судна, при необходимости, рассчитывают мощности СЭС для специальных режимов. Например, для БМРТ и РТМ специальным режимом будет ходовой промысловый режим, – режим работы с технологическим оборудованием. Мощность этого режима рассчитывается по формуле

Р_СР = Рр_Х + Р_ТЛ , (4.21)

где Рр_Х – номинальная установленная мощность для ходового режима; Р_ТЛ –суммарная мощность траловых лебедок.

Для рыбоконсервного завода и приемотранспортного рефрижератора

Р_СР = Р_РХ + Р_ТО, (4.22)

где Р_ТО – мощность технологического оборудования.

Из таблицы (Приложение Б) выбираются генераторные агрегаты. По результатам расчета мощности СЭС в различных режимах работы судна составляется таблица 4.1.

Резерв мощности СЭС с учетом последующей модернизации электрооборудования судна составляет 10-20% от мощности работы судна.

Таблица 4.1 - Мощность СЭС в различных режимах работы судна

Режимы работы судна	Расчетная мощность РР, кВт	Потери в сетях 5% от РР, кВт	Вращающийся резерв мощности 10% от РР, кВт	Суммарная расчетная мощность РР, кВт
Ходовой
Стоянка без грузовых операций
Стоянка с грузовыми операциями
Маневренный
Аварийный
Аварийная станция
Специальный

Примечание: Необходимо предложить два-три варианта комплектации СЭС и сделать выбор оптимального варианта с учетом требований Морского Регистра судоходства и расчетов экономической эффективности работы СЭС.

Таблица 4.2 – Варианты комплектации СЭС

Режимы работы судна	Суммарная расчетная мощность, кВт	Варианты комплектации СЭС
		1 вариант		2 вариант
		Кол-во ГА и мощность, кВт	КЗ, %	Кол-во ГА и мощность, кВт	КЗ, %
Ходовой
Стоянка без грузовых операций
Стоянка с грузовыми операциями
Маневренный
Аварийный
Аварийная станция
Специальный

Необходимо сделать выбор основного и альтернативного вариантов комплектации СЭС с учетом требований Морского Регистра судоходства и экономики.