§ 48. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГРЕБНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК (ГЭУ)
В ГЭУ нет жесткой связи между механическим двигателем и движителем. Главные двигатели приводят во вращение генераторы, которые являются источниками электрической энергии для гребных электродвигателей, вращающих движители. Главные генераторы ГЭУ устанавливают на общей фундаментальной раме с первичными механическими двигателями.
Гребные электрические установки различают: по роду тока — постоянного и переменного, по типу первичных двигателей — дизель-электрические, турбо-электрические и др.
Речные суда с мощностью гребных установок, не превышающей 2000 кВт, оборудуют дизель-электрическими гребными установками постоянного тока, позволяющими достаточно просто и экономично обеспечить плавное регулирование скорости вращения гребных двигателей в широких пределах. Гребные электрические установки переменного тока целесообразно применять при мощности свыше 3000 кВт, когда в качестве первичных двигателей могут быть использованы турбины. Поэтому ГЭУ переменного тока здесь не рассматриваются.
Достоинствами ГЭУ являются:
возможность применения быстроходных нереверсивных первичных двигателей, имеющих меньшие габариты и массу по сравнению с тихоходными, обеспечивающих получение максимального к.п.д. гребного винта за счет подбора наивыгоднейшей скорости вращения гребного электродвигателя, а также гарантирующих устойчивую работу гребных винтов при их оголении на волне;
экономия полезной площади за счет уменьшения размеров машинного отделения, более рационального размещения силовых агрегатов на судне, отсутствия длинного гребного вала и туннеля для него;
повышение маневренных качеств и тяговых характеристик судна, более быстрый переход его с одного режима работы на другой, большая перегрузочная способность гребных двигателей, возможность маневрирования с сохранением частоты и направления вращения первичных двигателей, быстрые остановка судна (с малым пробегом) при торможении и реверс и т. п.;
повышение надежности работы судна в связи с тем, что дробление мощности силовой установки на более мелкие агрегаты позволяет при повреждении одного из них передать нагрузку другим без остановки судна, при малой скорости для повышения к. п. д. установки в целом часть дизель-генераторов может быть отключена;
возможность использования главных генераторов для питания механизмов на судах технического и специального флота: грузовых насосов, приводов черпаковых устройств, подъемных механизмов и т. д., а также отбора мощности для привода генератора собственных нужд судна;
широкая автоматизация управления ГЭУ, обеспечение надежной защиты и контроля за их работой.
К недостаткам ГЭУ относятся:
более низкий к. п. д. силовой установки (на 10-15% ниже, чем у теплоходов);
несколько большая (на 10-20%) начальная стоимость по сравнению со стоимостью гребных приводов, имеющих жесткое соединение с главными двигателями;
сложность оборудования и систем управления, что требует несколько большего числа обслуживающего персонала достаточно высокой квалификации.
К ГЭУ предъявляются особые требования в отношении их долговечности и надежности, так как от этого зависит безотказность и безопасность работы судна. Электрические параметры ГЭУ регламентируются Правилами Речного Регистра (см. § 2, табл. 3).
В качестве первичных двигателей для привода главных генераторов на речных судах применяют дизели.
К двигателям ГЭУ предъявляются следующие требования:
двигатели должны быть снабжены предельными регуляторами оборотов, срабатывающими при достижении частоты вращения 115% номинальной;
плавность регулирования частоты вращения первичных двигателей в пределах 30—105% номинальной должна обеспечиваться всережимными регуляторами оборотов;
регулятор оборотов дизеля, вращающего главный генератор, должен автоматически поддерживать их в пределах ±7% номинального значения при сбросе или набросе нагрузки номинальной величины;
дизель должен обладать способностью после длительной работы при номинальной мощности выдерживать в течение часа перегрузку на 10% без нагрева сверх допустимой величины и снижения частоты вращения.
Электрические машины гребных установок должны полностью удовлетворять требованиям, предъявляемым к электрооборудованию, предназначенному для работы в судовых условиях.
§ 49. ГРЕБНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Рассматриваемые установки постоянного тока обычно работают по системе Г—Д и в них главным образом применяются генераторы и двигатели постоянного тока с независимым возбуждением. Электрические схемы цепей главного тока ГЭУ различают в зависимости от числа главных генераторов и гребных двигателей, а также от способа йх включения. При питании гребной установки от нескольких генераторов схема цепи главного тока строится так, чтобы могла быть обеспечена работа как одновременно всех генераторов, так и части их.
Рис. 95. Последовательное (а) и последовательно-попеременное (б) включение электрических машин гребной установки
Преимущественно применяется последовательное соединение электрических машин (рис. 95), обеспечивающее устойчивую работу при неравномерных нагрузках и перегрузках, так как по якорям всех двигателей протекает одинаковый ток.
Кроме того, при последовательном соединении главных генераторов и гребных электродвигателей облегчается регулирование в широких пределах скорости вращения гребных электродвигателей, уменьшается напряжение между отдельными точками главной цепи и корпусом судна, достигается более равномерное распределение нагрузки между генераторами и гребными двигателями, что особенно важно, когда характеристики электрических машин недостаточно идентичны, упрощается защита ГЭУ и уменьшается количество защитной, сигнальной и контрольно-измерительной аппаратуры.
Гребные электрические установки речных дизель-электрических ледокольных судов типов «Волга», «Кама», «Дон» и других, толкача «Шлюзовой» и т. п. допускают лишь раздельную работу главных генераторов каждого на свой гребной электродвигатель. В этом их серьезный недостаток.
Схема цепи главного тока ГЭУ, предусматривающая три эксплуатационных режима: I — работа каждого генератора на свой гребной электродвигатель, II — работа генератора правого борта на оба гребных электродвигателя правого и левого борта (генератор левого борта отключен), III — работа генератора левого борта на оба гребных электродвигателя левого и правого борта (генератор правого борта отключен) показана на рис. 96. Переключения в схеме производятся посредством специального селекторного переключателя.
Рис. 96. Принципиальная схема электрической гребной установки:
а — работа каждого генератора на свой гребной двигатель; б — работа правого генератора на левый гребной двигатель; в — работа левого генератора на правый гребной двигатель
Рис. 97. Принципиальная схема главной цепи ГЭУ дизель-электрического пассажирского судна «Ленин»
На рис. 97 дана схема главного тока ГЭУ пассажирского дизель-электрохода «Ленин». Она позволяет получить пять эксплуатационных режимов: режим I — все три генератора работают на свои гребные двигатели;
режим II — два бортовых генератора Г1 и Г3 работают каждый на свой гребной двигатель Д1 и Д3, средний генератор Г2 и его гребной двигатель Д2 отключены;
режим III — средний генератор Г2 работает на свой гребной двигатель Д2, бортовые генераторы Г1, Г3 и их двигатели Д1, ДЗ отключены;
режим IV — средний генератор Г2 работает на бортовой гребной двигатель Д1, бортовой генератор Г3 — на свой гребной двигатель Д3, генератор Г1 и средний гребной двигатель Д2 отключены;
режим V — средний генератор Г2 работает на бортовой гребной двигатель Д3, бортовой генератор Г1 — на свой гребной двигатель Д1, генератор Г3 и средний гребной двигатель Д2 отключены.
Система возбуждения главных генераторов и гребных электродвигателей в значительной степени определяется мощностью ГЭУ. Различают централизованную, индивидуальную и комбинированную системы возбуждения.
Каждый генератор при индивидуальной системе возбуждения имеет свой возбудитель, установленный с ним на одном валу. Недостатком такой системы является увеличение числа электрических машин.
При централизованной системе цепи независимого возбуждения электрических машин ГЭУ получают питание от независимых возбудителей, механически не связанных с главными генераторами. Вырабатываемая возбудителями электроэнергия подводится к общим шинам цепей управления и возбуждения. К достоинствам системы относятся достаточная гибкость и надежность ее действия, а также возможность ремонта отдельных возбудителей без перерыва питания цепей возбуждения.
Первичные двигатели главных генераторов при централизованной системе возбуждения должны обязательно иметь защиту от непроизвольного реверса. При последовательном соединении главных генераторов и гребных двигателей остановка генератора сопровождается переходом его в двигательный режим, так как направление тока в цепях якоря изменяется, а в цепях возбуждения остается постоянным, тормозной момент на валу генератора становится вращающим.
При комбинированной системе цепи независимого возбуждения электрических машин ГЭУ получают питание от навешенных на главные двигатели возбудителей, вырабатывающих электроэнергию на общие шины.
Достоинством системы является отсутствие специальных приводных двигателей к возбудителям, недостатком — меньшая надежность по сравнению с централизованной системой, так как неисправность возбудителя приводит к остановке и главного генератора.
На дизель-электрических судах речного флота получили распространение различные системы возбуждения.
На ледокольных судах типа «Дон», «Волга» и других, на пассажирском дизель-электроходе «Ленин» осуществлена индивидуальная система возбуждения. На ледоколах «Дон» и «Волга» для возбуждения главных генераторов установлены три трехобмоточных возбудителя; два — на одном валу со своими генераторами (рабочие), а третий (резервный) имеет привод от электродвигателя. Последний может быть использован для возбуждения любого генератора при неисправности рабочего возбудителя.
Обмотки возбуждения гребных двигателей получают питание непосредственно от бортовой электрической сети напряжением НОВ.
На пассажирском дизель-электроходе «Ленин» трехобмоточные возбудители, питающие цепи независимого возбуждения главных генераторов, и подвозбудители, питающие обмотку независимого возбуждения возбудителей и электрогребных двигателей, приводятся во вращение шестеренчатой передачей от главных двигателей Д50. Имеется также резервный возбудитель.
В качестве возбудителей в ГЭУ широко применяют трехобмоточные генераторы постоянного тока с независимой, параллельной и размагничивающей обмотками. В цепь главного тока размагничивающая обмотка включается последовательно.
При значительном увеличении тока в главной цепи происходит размагничивание возбудителя, напряжение на зажимах генератора резко снижается, что приводит к ограничению тока в цепи.
Основное назначение размагничивающей обмотки — защита главных генераторов и гребных двигателей от перегрузок. В гребных установках в качестве возбудителей применяют также электромашинные усилители с поперечным полем.
Для привода возбудителей чаще всего используют электрические двигатели, получающие питание от бортовой сети.
Напряжение главных генераторов и напряжение тока возбуждения регулируются потенциометрическими реостатами, которые включаются в цепь возбуждения возбудителя или реже в цепь возбуждения генератора.
Скорость вращения гребных двигателей, как и во всякой системе Г—Д, регулируется изменением величины подводимого к двигателям напряжения, реверсирование — изменением направления тока возбуждения.
Управление ГЭУ возможно из рулевой рубки, с крыльев мостика и из машинного отделения. Посты управления в рубке и на крыльях мостика связаны между собой валиковой проводкой. Перевод управления из рубки в машинное отделение и обратно производится переключателем постов, который должен иметь блокировку, недопускающую переключения без снятия возбуждения с электрических машин ГЭУ.
