Глава 2 ИСТОЧНИКИ ТОКА
§ 5. ГЕНЕРАТОРНЫЕ АГРЕГАТЫ
На судах в качестве источников тока применяют генераторные агрегаты, генераторные установки отбора мощности (ГУОМ), аккумуляторные батареи (АБ).
Генераторные агрегаты состоят из приводных двигателей и генераторов, вырабатывающих электроэнергию. На судах в качестве генераторного агрегата применяют дизель-генераторы (ДГ), паровые турбогенераторы (ТГ) и газовые турбогенераторы (ГТГ) в зависимости от типа .энергетической установки, характера и режимов работы приемников электроэнергии. Первичные двигатели ГА выполняют нереверсивными.
Генераторы и первичные двигатели соединены между собой эластичными или жесткими муфтами, а также с помощью редукторов. На некоторых типах дизельных генераторов генератор прикреплен к дизелю фланцем. На судах генераторные агрегаты располагаются параллельно диаметральной плоскости, поэтому во время качки, кренов и дифферентов устраняются дополнительные давления на подшипники и не нарушается нормальная смазка.
При выборе генераторного агрегата учитывают следующие количественные и качественные показатели:
к. п. д., cos ф, — расход топлива и масла;
массу агрегата, приходящуюся на 1 кВт вырабатываемой электроэнергии, кг/кВт;
срок службы до первой переборки и до капитального ремонта, ч;
качество электроэнергии, определяемое степенью стабилизации параметров (напряжения и частоты) в установившихся и переходных режимах;
перегрузочную способность, определяемую допустимым значением кратковременной и длительной нагрузки первичных двигателей и генераторов (допустимые перегрузки указаны в технической документации на ГА).
Особому рассмотрению подлежат показатели устойчивой параллельной работы ГА в установившихся и переходных режимах.
В установившихся режимах работы при небольших возмущениях нагрузки агрегаты должны обладать способностью возвращаться в нормальный режим, при резких возмущениях в системе (короткое замыкание, наброс нагрузки) они должны через определенное время возвращаться в установившийся режим. Устойчивость генераторного агрегата определяют расчетами, на основании которых выбирают требуемые параметры и характеристики первичных двигателей, генераторов, систем стабилизации частоты и напряжения.
Показатель автоматизации генераторного агрегата характеризует степень автоматизации процессов управления, регулирования, контроля при пуске, нормальной и аварийной остановках и при работе во всех эксплуатационных режимах. Степень автоматизации дизель-генераторных и других типов агрегатов указана в ГОСТах, руководящих технических материалах, которые устанавливают процессы управления и контроля, подлежащие автоматизации.
При автоматизации генераторных агрегатов предусматриваются дистанционное и автоматизированное управления режимами пуска, нормальной и аварийной работы приводных двигателей, а также операциями автоматической стабилизации частоты и напряжения. Кроме того, предусматриваются автоматическая защита ГА от перегрузки и коротких замыканий, автоматизация ввода генераторов в параллельную работу и равномерного распределения активных и реактивных нагрузок между ними. Операции автоматизации генераторных агрегатов и их технологическая последовательность выполняются техническими средствами на определенной элементной базе, которые будут рассмотрены ниже.
Таким образом, средства автоматизации ГА реализуют функции: управления и контроля режимами автономной и параллельной работы генераторных агрегатов; регулирования параметров с заданной точностью; бесперебойного снабжения приемников качественной электроэнергией.
Конструкция агрегатов должна обеспечивать их безопасную эксплуатацию, простоту обслуживания и ремонта в судовых условиях.
Показатели ГА определяются его типом. Нужно стремиться к минимальным значениям массы и размеров при условии удовлетворения комплексных требований по перечисленным показателям.
На судах мощность генераторного агрегата соизмерима с мощностью приемников электроэнергии. Режимы работы и мощность приемников влияют на параметры ГА. Соотношение мощности генераторного агрегата и максимальной мощности приемника определяет возможность его пуска при полученном значении пониженного напряжения. Допустимое снижение напряжения при соответствующем соотношении мощностей определяют расчетом. Возмущения в СЭС при изменении нагрузки вызывают изменение напряжения и частоты генераторных агрегатов. Системы стабилизации напряжения и частоты вращения генераторов должны обеспечивать быстрое восстановление параметров для снабжения приемников качественной электроэнергией.
Первичные двигатели допускают длительные отклонения частоты вращения до ±5% номинального значения при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной (Ап=0,05Uном). Кратковременное отклонение частоты вращения ±10% номинального значения при набросах и сбросах номинальной активной нагрузки с временем восстановления 5 с до 5% (Дя= ±0,1Uном).
Генераторы допускают: длительные отклонения напряжения от поминального значения при изменении нагрузки
от холостого хода
до номинальной с изменением , = ±0,025 Uном); кратковременные отклонения напряжения на 20% поминального значения при набросах номинальной нагрузки и спросах ее на 5% при cosφ=0,4 с временем восстановления 1,5 с до значений
При выборе генераторного агрегата следует учитывать все показатели. Рассмотрим некоторые особенности судовых ГА.
Дизель-генераторы. Одним из самых распространенных видов, применяемых на судах генераторных агрегатов, являются дизельные генераторы, обладающие высоким к. п. д., автономностью в работе, быстрым запуском (до 30 с). Кроме того, они надежны и просты в эксплуатации. Их основной недостаток — малая перегрузочная способность (около 10% номинальной мощности агрегата в течение 1 ч). Благодаря пысоким технико-экономическим показателям ДГ широко используют в качестве вспомогательных, стояночных и аварийных агрегатов.
Агрегаты устанавливают на общей фундаментной раме, а дизоль и генератор соединяют эластичной муфтой. Для обеспечения уравновешенности число цилиндров дизеля должно быть всегда четным и не менее двух. Иногда для улучшения уравновешенности на вал дизеля устанавливают дополнительный маховик.
На большинстве' дизелей, используемых в ГА, установлены регуляторы прямого и непрямого действия с центробежным измерителем частоты вращения. Для пуска дизеля применяют либо электростартер, насаженный на конец вала дизеля, либо сжатый воздух. Электростартеры получают питание от аккумуляторных батарей. На судовых электростанциях применяют дизельных генераторов с дистанционным и автоматизированным управлением.
Отечественная промышленность изготовляет множество различных по мощности и частоте вращения дизелей. Однако на судах применяют агрегаты с малой частотой вращения с дизелями, обладающими повышенным сроком службы (30—40 тыс. ч).
13 табл. 1 приложения приведены основные данные некоторых типов судовых ДГ.
Турбогенераторы. Агрегат состоит из турбины, соединенной с налом генератора посредством редуктора. ТГ широко применяют на «•удах с паросиловыми энергетическими или турбоэлектрическими установками в качестве вспомогательных генераторных агрегатов. Судовые ТГ имеют конденсационные турбины с отбором пара (их нагрузка мало изменяется при ходе судна в течение длительного времени). На некоторых судах устанавливают стояночные ТГ, питающиеся паром от вспомогательного котла или от дежурных котлов с пониженными паропроизводительностью и давлением.
Судовые ТГ имеют следующие достоинства: равномерность вращения, быстроходность, надежность и долговечность (срок службы 50 тыс. ч), повышенную перегрузочную способность (до 20% номинальной), устойчивость параллельной работы ГА благодаря постоянству крутящего момента паровых турбин. Их недостатками являются относительно невысокий к. п. д. турбин, большой промежуток времени для готовности приема нагрузки (прогрев турбины при пуске производится около 1 ч). Для обслуживания ТГ требуется высококвалифицированный обслуживающий персонал.
Редукторы ТГ позволяют применять турбины с частотой вращения до 10—14 тыс. об/мин при частоте вращения генераторов 1000, 1500 и 3000 об/мин.
Судовой ТГ состоит из турбины, редуктора и генератора (иногда еще возбудителя генератора), установленных на общей фундаментной раме и соединенных между собой при помощи упругих муфт. В табл. 2 приложения приведены основные данные некоторых типов судовых турбогенераторных агрегатов. В настоящее время имеются ТГ с дистанционным автоматизированным управлением (системы ДАУ).
Газовые турбогенераторы. Применение в качестве приводного двигателя генератора газовой турбины объясняется тем, что она соединяет в себе достоинства паровой турбины и дизеля. Достоинства ГТГ: надежность в работе; высокая маневренность при переходе с одного режима на другой; быстрый запуск (порядка 30— 50 с), не зависящий от температуры наружного воздуха, что обеспечивает быстрый прием нагрузки; небольшие размеры и масса; относительно большой срок службы (20 тыс. ч). Однако серьезные недостатки затрудняют широкое применение ГТГ на судах: сравнительно высокий удельный расход топлива; повышенная шумность, для снижения которой необходимы специальные глушители в воздухоприемных и газовыпускных трактах; большие площади поперечного сечения воздухоприемных и газовыпускных трактов. Несмотря на это ГТГ используют на судах.
В табл. 3 приложения приведены основные данные некоторых типов ГТГ. Они имеют систему дистанционного автоматизированного пуска и остановки, а также контроля и сигнализации за работой агрегатов во всех режимах.
