§ 30. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
Основные трудности при определении числа и мощности генераторных агрегатов связаны с тем, что судно работает в различных режимах, от которых непосредственно зависит нагрузка судовой электростанции. Транспортное судно имеет пять таких режимов: ход в море, маневрирование (швартовка, съемка с якоря, прохождение узкостей), авария, стоянка без грузовых операций, стоянка с грузовыми операциями. Регистр СССР при выборе генераторов требует учитывать только первые три режима, в действительности же для транспортного судна имеют в виду все пять режимов.
Наиболее распространены два метода выбора мощности и числа генераторных агрегатов: метод нагрузочных таблиц и аналитический.
Метод нагрузочных таблиц.
Возьмем для примера порядок составления таблицы нагрузок для судовой электростанции переменного тока (табл. 4). Записывают все потребители электроэнергии на судне, получающие питание от генераторов электростанции, число п одноименных потребителей, номинальную установленную мощность Рн каждого потребителя (графы 1—3). Указывают номинальные к. п. д. ηн и cos φн потребителей, определяют мощность, потребляемую каждым потребителем из сети в номинальном режиме, и мощность, потребляемую из сети всеми одноименными потребителями (графы 4—7).
Графы, соответствующие пяти режимам работы судна, делятся на четыре части.
Коэффициент одновременности ko (графы 8, 12, 16, 20, 24) показывает отношение числа работающих потребителей в данном режиме судна к общему числу одноименных потребителей. Например, при ходе в море из двух установленных масляных насосов главных двигателей работает один (kо=0,5).
Коэффициент загрузки kз (графы 9, 13, 17, 21, 25) показывает отношение действительной мощности потребителя в данном режиме к его установленной номинальной мощности. Например, для электродвигателя рулевого устройства в режиме сдерживания судна на курсе, когда угол перекладки пера руля составляет 5— 7°, коэффициент kз — 0,2-0,3. Для правильного выбора коэффициента загрузки требуется хорошее знание режимов работы всех вспомогательных механизмов судна. Практически коэффициент k3 всегда меньше единицы.
Активную мощность Р (графы (10, 14, 18, 22, 26) и реактивную мощность Q (графы 11, 15, 19, 23, 27), потребляемую из сети каждой группой одноименных потребителей с учетом коэффициентов загрузки и одновременности, можно определить по формулам: Р=Рп kз kо; Q= Ptgφ, где tgφ находится в зависимости от соsφ (графа 5). После заполнения всей таблицы определяют общую активную мощность Ρς (суммирование по графам 10, 14, 18, 22, 26) и общую реактивную мощность Qς (суммирование по графам 11, 15, 19, 23, 27).
Если выбрать генераторы по мощности Ρς, то их мощность окажется завышенной. Дело в том, что большинство потребителей электроэнергии в течение того или иного режима работы судна неоднократно включаются и выключаются из работы. Например, в тот момент, когда включился в работу питающий насос котла или гидрофор пресной воды, выключился компрессор рефрижераторной установки или гидрофор забортной воды и т. д. Это обстоятельство можно учесть, умножив Pς и Qς на энергетический коэффициент одновременности Ко, который, как показывает опыт, лежит в пределах 0,5—0,9. Более высокий Ко берется для аварийного и ходового режимов (большое удельное значение постоянно работающих потребителей, обслуживающих энергетическую установку судна) и более низкий — для стояночных режимов.
Далее определяют полную (кажущуюся) мощность Sς по формуле
и средневзвешенное значение cosφcp для каждого режима работы судна по формуле cosφcp =
Генераторы выбирают по активной мощности Рς Ко, однако если cosφcp окажется меньше номинального коэффициента мощности выбираемого генератора, тогда генераторы выбирают по полной (кажущейся) мощности Sς.
При выборе числа генераторных агрегатов и их мощности нужно руководствоваться следующими соображениями.
- Нагрузка на генераторные агрегаты, работающие в любом режиме судна, должна составлять 75—85% их номинальной мощности. При меньшей нагрузке у генератора и первичного двигателя резко снижается к.п.д., при большей нагрузке уменьшается надежность снабжения судна электроэнергией. Так, при запуске относительно мощного электродвигателя может сработать защита, отключив генератор и обесточив судно.
- Все генераторные агрегаты по возможности должны быть одинаковой мощности и одного типа. При этом повышается устойчивость параллельной работы генераторов, унифицируется потребность в запчастях и облегчается эксплуатация станции.
- Общее число генераторных агрегатов СЭС должно быть не менее двух, при этом по крайней мере один из них должен приводиться во. вращение автономным первичным двигателем. Мощность агрегатов должна быть такой, чтобы при выходе из строя любого из них оставшиеся обеспечивали электроэнергией все потребители, необходимые для движения и безопасности судна в ходовом и аварийном режимах работы (требования Регистра СССР).
Нагрузка на электростанцию при стоянке судна без грузовых операций значительно меньше, чем в остальных режимах. Для удовлетворения первого из перечисленных требований иногда выбирают один генераторный агрегат (стояночный) меньшей мощности. Но. в этом случае не выполняется второе требование и, кроме того, когда при стоянке судна требуется открыть трюм, поднять
на борт снабжение (работа лебедок), включить пожарный, балластный или осушительный насос, приходится запускать генераторный агрегат большей мощности. При решении вопроса о выборе стояночного агрегата следует помнить о том, что по мере совершенствования организации работы морского флота длительность стоянки судов без грузовых операций сокращается. Этому же способствует и обеспечение подачи электроэнергии на судно с берега.
Есть еще одно важное обстоятельство, которое необходимо учитывать при выборе числа и мощности генераторных агрегатов. Моточистка, незначительные ремонты и осмотры дизелей производят, как правило, в рейсе в ходовом режиме, что позволяет продлить эксплуатационный период судна и максимально освободить экипаж для отдыха или других работ на стоянке судна в порту. Однако при этом фактически нарушается требование Регистра СССР (п. 3), если проектирование судна было выполнено формально без учета действительности. Поэтому оптимальной комплектацией СЭС следует считать установку трех генераторных агрегатов, когда каждый из них может обеспечить ходовой режим судна.
Табличный метод является очень наглядным и позволяет сразу определить мощность и число трансформаторов для освещения судна и преобразователей тока, если таковые имеются. Вместе с тем метод достаточно трудоемок, а точность его зависит от опыта проектировщика в выборе коэффициентов загрузки и одновременности.
Аналитический метод.
Мощность электростанции определяют без детального анализа работы всех потребителей электроэнергии. За основу берут косвенные показатели нагрузки на генераторы в том или ином режиме работы судна. Так, в ходовом режиме основную часть постоянно работающих потребителей составляют механизмы, обслуживающие главную энергетическую установку. Следовательно, мощность электростанции в ходу зависит от мощности главных двигателей. При стоянке судна без грузовых операций нагрузка на генераторы создается в основном бытовыми потребителями, мощность которых зависит от водоизмещения судна.
На основании статистических данных о нагрузке судовых электростанций множества типов судов отечественной и зарубежной постройки получены корреляционные формулы, позволяющие определить мощность электростанции в различных режимах работы судна. Этот метод разработан ЦНИИМФом и Ленинградским кораблестроительным институтом. По мере совершенствования судового электрооборудования, изменения степени электрооснащенности судов и увеличения опыта проектирования корреляционные формулы аналитического метода уточняются и корректируются.
Поскольку очевидно,, что мощность электростанции зависит от типа главной энергетической установки и назначения судна, то в аналитическом методе выведены формулы для определения мощности СЭС пассажирских теплоходов, электроходов, танкеров, турбоходов.
В качестве примера рассмотрим расчет мощности электростанции сухогрузного теплохода с малооборотным главным двигателем.
