§ 7. ГЕНЕРАТОРНЫЕ УСТАНОВКИ ОТБОРА МОЩНОСТИ
На многих судах применяют ГУОМ от энергетической установки, предназначенные для электроснабжения приемников в ходовом режиме.
Рис. 10. Комбинированная ГУОМ с утилизацией тепловой энергии от главного двигателя
При выборе варианта электростанции с ГУОМ учитывают следующие требования: обеспечение требуемого качества электроэнергии судовой сети (стабилизация напряжения и частоты в требуемых пределах) вне зависимости от режимов движения судна и погоды; обеспечение бесперебойного электроснабжения приемников во всех эксплуатационных режимах судна; сочетание автономных генераторов и установок отбора мощности.
Эффективность ГУОМ определяется снижением удельного расхода топлива (на 1 кВт генерируемой электроэнергии), сокращением эксплуатационных расходов по обслуживанию и ремонту генераторного агрегата, снижением первоначальных затрат на приобретение оборудования.
По типу установки ГУОМ выполняют в виде ВГ, приводимых в движение от гребного вала судна, или УТГ, использующих тепловую энергию выпускных газов главного двигателя. Комбинированная ГУОМ состоит из ВГ и УТГ (рис. 10). Здесь и далее на рисунках приняты следующие обозначения: Т — турбина; УТК— котел-утилизатор; ГД— главный двигатель; Р — редуктор; ГВ — гребной вал.
В судовых электростанциях с ГУОМ имеются автономные ГА, предназначенные для электроснабжения приемников во всех эксплуатационных режимах судна. При недопустимом снижении частоты вращения и для аварийных остановок ГД предусматривается возможность автоматического переключения электроснабжения от автономных ГА. На судах промыслового флота в ходовых режимах широко применяют ВГ в качестве основных источников электроэнергии, а также источников снабжения отдельных мощных приемников (промысловых лебедок, подруливающих устройств, холодильных установок).
По роду тока ГУОМ делятся на установки постоянного и переменного тока.
По устройству сопряжения ВГ с гребным валом ГУОМ могут быть текстропными, зубчатыми, электромеханическими, гидравлическими. Кроме того, возможно применение специальных редукторов.
Схема соединения ВГ с гребным валом при помощи зубчатой передачи показана на рис. 11, а, а схема подключения ВГ к гребному валу либо ДГ — на рис. 11, б (здесь ЭМ — электромагнитная муфта). Имеются варианты подключения ВГ к гребному валу либо к резервному дизелю.
Рис. 11. Схемы соединения ВГ с гребным валом
На некоторых судах ВГ встраивают в линию гребного вала без передач. Применяют специальные редукторы, обеспечивающие без остановки главного двигателя переключение одного дизеля энергетической установки для работы на гребной вал, а другого — на ВГ (рис. 12). Здесь Д1, Д2 — дизели; ГМ1, ГМ2 — дистанционно управляемые гидравлические муфты. Эта схема обеспечивает высокую «гибкость» использования главных двигателей энергетической установки при аварийных ситуациях.
Иногда на валогенераторных установках с переменной частотой вращения главного двигателя между гребным валом и главным двигателем предусматривается промежуточное звено — электромеханическая передача.
По режимам работы в ГУОМ предусмотрены: ВГ с неизменной частотой вращения главного двигателя; применение винта регулируемого шага (ВРШ); ВГ с переменной частотой вращения главного двигателя и соответственно гребного вала. (Такой режим требует стабилизации напряжения и частоты генератора посредством систем стабилизации напряжения и частоты. Эти величины должны поддерживаться в тех же пределах, что и на автономных ГА.)
По типу генератора могут быть ГУОМ с генераторами постоянного тока смешанного возбуждения, синхронными и асинхронными генераторами.
Бесперебойность электроснабжения приемников в зависимости от типа судна достигается путем резервирования мощностей ВГ, применения кинематических схем быстрого присоединения ВГ к автономному ГА, автоматического переключения приемников на автономные ГА, выбора оптимальных вариантов схем генерирования и распределения электроэнергии. При этом кратковременный перерыв электроснабжения не должен быть более 5—10 с.
Автономные ГА судовой электростанции должны быть всегда в полной готовности к быстрому пуску и приему нагрузки. Комбинированные ГУОМ повышают бесперебойное снабжение приемников электроэнергией.
В нормальных условиях работы электроснабжение производится как от УТГ, так и от ВГ.
Рис. 13. Характеристики главных двигателей и гребных винтов с ВГ
Рис. 12. Кинематическая схема дизель-генераторной установки рыболовного траулера
При выходе из строя главного двигателя или недопустимом снижении его частоты вращения приемники снабжаются электроэнергией от УТГ в течение времени, необходимого для пуска автономного генераторного агрегата. Этот режим работы ТГ возможен вследствие аккумулирующей способности котла-утилизатора в течение 10—12 мин вырабатывать пар с требуемыми параметрами.
В качестве ВГ постоянного тока применяют генераторы с независимым возбуждением и автоматическим регулятором напряжения (АРН), поддерживающие напряжение при снижении частоты вращения гребного вала. Для ВГ постоянного тока применяют тихоходные генераторы, которые вследствие увеличения размеров магнитной системы обеспечивают широкий диапазон регулирования магнитного потока. Это позволяет сохранить постоянство напряжения генератора при изменении частоты вращения гребного вала.
В установках переменного тока работают синхронные генераторы с самовозбуждением и асинхронные генераторы.
Использование последних в ГУОМ обеспечивает минимальное отклонение частоты и напряжения при изменении частоты вращения гребного вала до 15—20% номинального значения. Однако это усложняет установки, так как для возбуждения асинхронных генераторов требуется реактивный или емкостный ток, при этом асинхронный генератор должен параллельно работать с синхронным, являющимся источником реактивной мощности.
Асинхронный генератор целесообразно применять для комбинированных установок. При этом СГ подключают параллельно с асинхронным генератором к шинам ГРЩ, который не генерирует электроэнергию в судовую сеть, а работает в режиме синхронного компенсатора.
На большинстве судов работают ВГ с постоянной частотой вращения гребного вала, при этом в качестве ВГ используют синхронные генераторы с системой стабилизации напряжения и частоты.
Рис. 14. Принципиальная схема генерирования и распределения электроэнергии
траулера
При создании электроэнергетических комплексов с отбором мощностей необходимо учесть в скоростных характеристиках главного двигателя и гребного винта наличие ВГ. На рис. 13 приведены скоростные характеристики ГД. Установившийся режим полного хода судна характеризуется пересечением характеристик 2 и 3 в точке а, которая соответствует равновесию моментов главного двигателя и гребного вала при полной частоте вращения п. При наличии ВГ главный двигатель должен развивать мощность по скоростной характеристике 1. При этом мощность Р2гд должна быть больше мощности P1rB на значение мощности ВГ с учетом потерь в передаче и к.п.д. генератора:
где Р2гд—суммарная мощность ГД, работающего на ГВ и ВГ, кВт;
Р 1ГД—мощность ГД, работающего на ГВ, кВт;
Рвг— мощность ВГ, кВт;
к. п. д. передач и номинальный к. п. д. генератора.
Полная мощность ГД по характеристике 1 будет равна мощности ГВ (Р1гв = Р1гд), остальную часть мощности ГД будет потреблять ВГ:
Выбор мощности энергетической установки с ГУОМ должен быть обоснован экономичностью ее применения с учетом режимов эксплуатации судна. В электростанциях с ГУОМ предусматриваются автономные ГА, ввод их в действие осуществляется автоматически в кратчайшее время.
Схема генерирования и распределения электроэнергии промыслового судна с ВГ (рис. 14) состоит из двух автономных дизельных генераторов (мощность 150 кВт, напряжение 400 В, частота 50 Гц) и синхронного валогенератора ВГ1 (мощность 500 кВт, напряжение 400 В,
частота 50 Гц) с приводом от главного дизеля ГД через повышающий редуктор Р. Для электроснабжения приводов ваерных лебедок предусмотрен ВГ2 постоянного тока мощностью 300 кВт с приводом от ГД через редуктор. Предусмотрено использование ВГ для снабжения судовых приемников электроэнергии ПЭ переменного тока и автономного мощного приемника постоянного тока от ВГ2 (ВГ, ВФ, ВС — выключатели генераторные, фидерные, секционные) .
Схема разработана с учетом потребления приемниками электроэнергии следующей мощности, кВт: в ходовом режиме — 200, в режиме траления — 250, при подъеме трала и для ваерных лебедок — по 300. Мощность автономных генераторных агрегатов определяется потребляемой приемниками мощностью в режимах траления и подъема трала. В аварийном режиме при выходе из строя ВГ судно обеспечивается электроэнергией во всех режимах двумя автономными ДГ мощностью по 150 кВт.
Схема допускает: длительную одновременную работу ВГ1 и автономных ДГ на свои секции шин ГРЩ; длительную параллельную работу ДГ на общие шины ГРЩ; автоматический перевод нагрузки с ВГ на ДГ и обратно без перерыва электроснабжения приемников; длительную параллельную работу ДГ; кратковременную параллельную работу (на время перевода нагрузок) ВГ и ДГ. Приведенные схемы электроснабжения приемников, применяемые на судах, характеризуют наиболее типовые электростанции с ГУОМ.
