§ 1.4. ПРИЕМНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА СУДАХ И ХАРАКТЕР ИХ НАГРУЗКИ
На современных судах морского флота приемники электрической энергии многочисленны и разнообразны. Так, на теплоходах значительное число приемников обеспечивает нормальную работу главных двигателей судна; сюда относятся охлаждающие насосы забортной и пресной воды, масляные насосы, сепараторы топлива и масла, топливные насосы, компрессоры и др. (рис. 1.3).
Брашпиль, шпиль, рулевое устройство, грузовые устройства входят в число так называемых палубных механизмов судна. Каждый из этих приемников работает в специфическом режиме.
Разнообразные приемники обслуживают бытовые нужды экипажа судна, улучшают условия обитаемости: различного рода светильники, электродвигатели систем гидрофоров, каютные вентиляторы, рефрижераторы провизионных камер, камбузы (плиты, печи, мясорубки, картофелечистки и др.), грелки отопления, установки для кондиционирования воздуха и др.
Некоторую нагрузку на электростанцию судна создают и такие потребители энергии, как электронавигационные приборы, радиостанция судна, сигнальные и отличительные огни и т. д.
Нагрузка на электрическую станцию судна определяется номинальной мощностью приемников электрической энергии на судне, но вместе с тем она существенно зависит от числа фактически работающих приемников, режима их работы и степени загрузки.
Режим работы большей части потребителей определяется режимом работы судна. Для грузовых судов характерны: ходовой режим, маневренный режим, стоянка с грузовыми операциями, стоянка без грузовых операций, и обязательно нужно считаться с аварийным режимом (пожар, пробоина в корпусе и др.).
Рис. 1.3. Вспомогательные устройства, обслуживающие главную энергетическую и дизель-электрическую установки теплохода типа "Игаркалекс"
1 — масляные насосы дизель-генераторов (ДГ); 2 и 7 — насосы охлаждения пресной и забортной водой на стоянке; 3 и 4 — сепараторы масла и топлива главного двигателя и ДГ (стрелками показан режим сепарации масла из картеров двигателей); 5 и 9 — насосы охлаждения пресной и забортной водой в ходовом и маневренном режимах: 6 — насос резервный; 8 — насос резервный; 10 — масляный насос главного двигателя; 11 — масляный насос турбин наддува; 12 — компрессор рефрижераторной установки; 13 — насос охлаждения топливных форсунок; 14 — конденсатор вспомогательного котла; 15 — воздушный компрессор; 16— воздуходувка вспомогательного котла; 17 и 18 — топливные и питательные насосы котла; 19 — валоповоротное устройство; 20 — топливоперекачивающие насосы; 21 — насос прокачки форсунок. Номерами 3', 4', 10', 1Г, 13', 15', 17', 18', 20' обозначены соответствующие резервные механизмы
Очевидно, что в ходовом режиме судна работают все потребители, обеспечивающие главную энергетическую установку судна, и включены в работу потребители, удовлетворяющие бытовые нужды экипажа, а также мастерская, радиостанция, электронавигационные приборы и т. д. Ходовой режим — основной режим судна.
В маневренном режиме работают все потребители ходового режима и, кроме того, могут потреблять энергию палубные механизмы — брашпиль и шпиль, а также компрессор пускового воздуха.
В режиме стоянки судна без погрузочных операций включены приемники, удовлетворяющие нужды экипажа, обеспечивающие работу первичных двигателей генераторов; могут включаться валоповоротное устройство и малый пожарный насос; работает мастерская. На судах с паровыми установками возможна работа потребителей, поддерживающих котлы под парами.
Режим стоянки с грузовыми операциями отличается от режима стоянки без грузовых операций дополнительной работой грузовых средств (лебедки, краны).
В аварийном режиме должна поддерживаться нормальная работа главной энергетической установки судна, а также интенсивная работа пожарных, осушительных и балластных насосов. Вместе с тем потребители, обслуживающие нужды экипажа, при необходимости могут быть отключены. При пожаре почти полностью выключаются все вентиляторы.
Таким образом, в каждом из режимов работы судна работают вполне определенные группы потребителей. Однако нагрузка на электростанцию судна определяется не только числом групп потребителей, но и характером нагрузки, создаваемой каждой из групп, или, что то же самое, графиком нагрузки каждой из групп потребителей.
Чтобы представить себе максимальную нагрузку Рн_ макс, создаваемую одной из групп потребителей в рассматриваемом режиме работы судна, следует иметь в виду, что
Рн.макс = k0k3Pnp, где k0 — коэффициент одновременности, равный отношению числа действительно работающих потребителей к общему числу потребителей данной группы, установленных на судне;
k3 —· коэффициент загрузки, равный отношению действительной мощности приемника к его номинальной (установленной) мощности;
Рпр — суммарное значение присоединенной мощности, т. е. мощности, потребляемой всеми приемниками данной группы при номинальной загрузке.
Рассмотрим для примера рулевое устройство. В настоящее время на большинстве судов с электрогидравлической рулевой установкой ставят по два рулевых электродвигателя, из которых один резервный. Следовательно, в ходовом режиме для рулевого устройства k0 = 0,5. При выборе k3 следует учитывать, что рулевой электродвигатель выбирается по моменту, близкому к максимальному моменту на баллере руля, при полной перекладке пера руля на максимальной скорости переднего хода судна. Вместе с тем полная перекладка руля в ходовом режиме крайне редка и продолжается всего 20—28 сек. Загрузка двигателя рулевого устройства для удержания судна на курсе в нормальном ходовом режиме невелика, она составляет примерно 20—40% его номинальной мощности и зависит от направления и силы ветра, состояния моря, скорости хода, осадки судна и др. Таким образом, в ходовом режиме средний коэффициент загрузки двигателя k3 = 0,2-0,4. Если в условиях полного хода перекладка руля понадобится, то дополнительная «непредусмотренная» мощность со стороны станции судна может быть получена за счет 20—30 сек перегрузки генератора.
При выполнении маневров в целях большей надежности обычно работают два двигателя рулевого устройства. Следовательно, в этом режиме k0 = 1.
Непостоянен график нагрузки грузовой лебедки (рис. 1.4). Кратковременные пики нагрузки чередуются с более длительными и значительно меньшими нагрузками. Налицо и интервалы времени работы без нагрузки. Очевидно, что при таких особенностях графика нельзя считать, что k3=1; обычно принимают для грузовых лебедок k3=0,7-0,8.
Изучение записи нагрузки электропривода якорного шпиля убеждает в том, что в режиме снятия судна с якоря коэффициент k3 — 0,6-0,8.
Механизмы, обеспечивающие работу главной энергетической установки, работают одновременно с обслуживаемой ими установкой. Коэффициент загрузки их k3 = 1, но если установленная мощность двигателя к механизму больше фактически необходимой, что часто бывает, то коэффициент k3 < 1; он подсчитывается как отношение необходимой мощности к установленной. Коэффициент одновременности работы механизмов выбирают с учетом числа работающих в данном режиме котлов, главных машин, резервных установок и т. д.
Мощность, расходуемая на освещение грузового судна, в разных режимах практически одинакова, так как большая часть ее расходуется на освещение машинно-котельных отделений, румпельного отделения, а также внутренних помещений (коридоры и др.). Увеличение осветительной нагрузки на 40—50% наблюдается в режиме грузовых операций в ночное время.
Рис. 1.4. График нагрузки грузовой 2-тонной лебедки (скорость ленты самопишущего прибора 1800 ммч; цена деления 1,85 кВт)
В текущей работе судовой мастерской загрузка одновременно всех станков возможна лишь в режиме стоянки судна при выполнении значительных ремонтных работ (k3 = 0,5-0,8). В других режимах работы судна загрузка мастерской, и то, только днем, очень мала (k3 = 0,2-0,3).
Существенно переменна на протяжении суток загрузка судовой станции камбузными плитами и двигателями: для дневного времени k3 = 0,7-0,9, для ночного k3 = 0,1-0,3.
Выбор k0 и k3 для каждой из групп потребителей судна всегда производят с учетом типа и назначения судна, района его плавания (например, тропический район), широко используя при этом опыт эксплуатации электрических установок уже построенных судов, близких к проектируемому.
Выбрав k0 и k3 для каждой из групп приемников и зная Рпр, определяют суммарную нагрузку на генераторы судовой электрической станции, пользуясь, например, нагрузочными таблицами.
