§ 29. ОТБОР МОЩНОСТИ ОТ ГЛАВНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ И ПОДАЧА ПИТАНИЯ НА СУДНО С БЕРЕГА
Подавляющее большинство судов различных классов и назначений имеют две энергетические установки: главную, вырабатывающую необходимую механическую энергию для движения судна и вспомогательную, обеспечивающую судно электроэнергией, водой и паром. Такой традиционный принцип деления судовой энергетики на два самостоятельных направления имеет серьезные недостатки.
Известно, что к.п.д. как механических двигателей, так и электрических машин зависит от их мощности. Первичные двигатели СЭС, имея относительно небольшую мощность, значительно уступают по экономичности мощным главным двигателям. Так, если удельный расход топлива дизелей мощностью 200—400 кВт составляет 250—265 г/(кВт-ч), то у мощных главных двигателей (дизелей) он равен 190—200 г/(кВт-ч). Кроме того, многие главные двигатели работают на более дешевом тяжелом топливе и имеют больший моторесурс. Деление энергетической установки судна на главную и вспомогательную увеличивает затраты на обслуживание и ремонт, а также ее массу и размеры.
В последние годы в мировом судостроении делаются настойчивые попытки создания судов с единой энергетической установкой путем отбора энергии для вспомогательных нужд от главной установки. Однако эта проблема достаточно сложна. Полностью ее решить не удается даже применительно к электроходам, где электроэнергия используется для движения судна.
Рассмотрим возможности отбора мощности от главного двигателя на теплоходах.
В любом механическом двигателе происходит двухступенчатое преобразование энергии: энергия, заключенная в топливе, преобразуется в тепловую, а затем — в механическую. Отбор мощности принципиально можно производить на любой ступени. На уровне теплового звена у дизеля это делается путем использования энергии выпускных газов, которая реализуется через утилизационный котел и турбогенератор. Расчеты показывают, что мощность утилизационного турбогенератора (УТГ), отнесенная к мощности главного двигателя, может достигать значений 0,04— 0,05. Это значит, что на сухогрузных теплоходах с главным двигателем мощностью 6600 кВт и более УТГ может полностью обеспечить судно электроэнергией в ходовом режиме.
Применение УТГ особенно выгодно с экономической точки зрения, поскольку речь идет об утилизации энергии. С технической стороны достоинство УТГ состоит в том, что тепловая инерция утилизационного котла позволяет использовать турбогенератор на полную мощность в течение нескольких минут после внезапной остановки главного двигателя. Этого времени вполне достаточно для запуска резервного дизель-генератора.
Второй способ отбора мощности от главного двигателя заключается в использовании так называемого валогенератора — электрического генератора, который получает вращение от гребного вала. Наиболее просто такой способ осуществляется на судах с винтом регулируемого шага (ВРШ), у которых частота вращения гребного винта постоянна, а временная остановка судна не требует остановки главного двигателя.
На теплоходах с винтом фиксированного шага (ВФШ) использование валогенератора осложняется, так как частота вращения гребного вала не постоянна, главный двигатель может внезапно остановиться и реверсироваться. Поэтому применение валогенератора требует решения двух задач: стабилизации напряжения и частоты тока при переменной частоте вращения гребного вала; обеспечения резерва мощности на случай внезапной остановки главного двигателя. Эти задачи решаются по-разному. Так, для стабилизации частоты тока и напряжения генератора между гребным валом и валом генератора устанавливают специальный механизм, автоматически поддерживающий частоту вращения вала генератора постоянной.
Иногда применяют валогенератор постоянного тока с последующим преобразованием постоянного тока в переменный. В настоящее время существует множество технических решений стабилизации параметров валогенераторов.
Во всех случаях отбора мощности от главной энергетической установки приходится решать проблему обеспечения судна электроэнергией в режиме стоянки на якоре или у причала. Самое простое решение — это установка на судне стояночного дизель-генератора. Одновременно важное технико-экономическое значение приобретает подача на судно, когда это можно, электроэнергии с берега.
Себестоимость электроэнергии, вырабатываемой на судне, значительно больше себестоимости электроэнергии, вырабатываемой мощными береговыми электростанциями. При стоянке в порту судно можно подключать к береговой энергосистеме, выводя из работы генераторные агрегаты. В этом случае сокращается продолжительность работы судовых агрегатов, а значит, экономится моторесурс, уменьшается расход топлива и масла, устраняется шум в машинном отделении, освобождается часть экипажа для ремонтных работ. Все это очень важно, если учесть, что сухогрузные суда иногда простаивают в портах 70—100 сут в год.
Для подачи электроэнергии на судно причалы портов должны быть соответственно оборудованы. Трудность состоит в том, что в береговых сетях переменного тока преимущественно применяют трехфазную систему с заземленной нейтралью, а на судах нулевая точка обмоток генераторов от корпуса судна изолирована. В этом случае при подключении судовой электростанции к береговой сети необходимо корпус судна надежно заземлить, чтобы исключить электрокоррозию корпуса. Но тогда судовые приборы, контролирующие качество изоляции сети, будут указывать на замыкание на корпус, а в отдельных случаях повысится опасность поражения электрическим током. Этого легко избежать, если в порту установить отдельный трансформатор, у которого нулевая точка вторичной обмотки изолирована. Такие трансформаторы с коэффициентом трансформации, равным единице, называются разделительными. Они исключают электрическую связь между судовой и береговой энергосистемами.
Причалы и доки судоремонтных заводов оборудованы специальными колонками, подключенными к разделительному трансформатору. Причалы же портов, к сожалению, таких колонок не имеют. Иногда суда подключают к колонкам питания портальных кранов, которые входят в состав береговой сети с заземленной нейтралью. В этом случае, как отмщалось ранее, корпус судна следует надежно заземлить, а измерительные приборы контроля изоляции — отключить.
