Файл: Выбор параметров и основных элементов гребной электрической установки.docx

Скорость генераторов выбирают в соответствии со скоростью первичных двигателей. [3-4, 11-12].

Конструктивное исполнение кор­пуса главных генераторов должно быть брызгонепроницаемым или водозащищенным с вентиляцией по замкнутому или разомкнутому циклу.

После выбора генераторов необходимо привести их основные параметры, как это делалось для ГЭД.

4. Разработка схемы главной цепи ГЭУ

Схемы соединения генераторов могут быть последовательные, парал­лельные и попеременно-последовательные. Перед разработкой схемы главной цепи необходимо проанализировать достоинства и недостатки каждого из возможных вариантов. Затем составить схему главного тока и таблицу замыканий контактов избирательных переключателей главной цепи с учетом требований Регистра и возможности обеспечения экономических и аварийных режимов работы ГЭУ [1-10].

5. Построение желаемых статических характеристик [1-10]

5.1. Построение рабочих характеристик винта

Все типы судов в соответствии с исходными данными подразделяются на транспортные суда (ТР) и рыболовные траулеры (РТ).

Для ТР рабочие характеристики строятся при ходе судна в свободной воде и в швартовном режиме работы , причем характеристика хода в свободной воде считается основной.

Примерный вид характеристик показан на рис. 1-2.

5.2. Построение желаемой механической характеристики ГЭД

Желаемая механическая характеристика ГЭД строится в относитель­ных единицах на графике характеристик винта, полученном в предыдущем пункте расчёта.

Для обеспечения постоянства мощности ГЭУ при работе в режимах от хода в свободной воде до швартовного желаемая механическая характеристика ГЭД в номинальном режиме строится в виде гиперболы постоянства мощности (ГПМ) в соответствии с зависимостью М_* . После этого графически опреде­ляются значения моментов и оборотов ГЭД в точках пересечения характеристик винта и ГПМ (точки А, В, С рис. 1-2). Это точки работы ГЭД в установившихся режимах. Номинальный момент и обороты соответствуют точке пересечения ГПМ и основной характеристики винта.

Из точки А проводится отре­зок, соответствующий участку механической характеристики ГЭД, обеспечи­ваемому регулятором напряжения. Значение частоты холостого хода в соответствии с требованиями Регистра не должно превосходить 20% от номинального.

---

Участок механической характеристики ГЭД от ГПМ до точки на оси ординат, соответствующей моменту сто­янки ГЭД под током M_ст определяется в зависимости от заданного принципа регулирования следующим образом:

• 
  для ГЭУ по схеме постоянства мощности задаётся момент стоянки М_ст =(1,5-2,5)М_н, и из этой точки проводится отрезок до пересечения ГПМ со швартовной характеристикой;
  

Построение желаемой механической характеристики ГЭД заканчивается пересчетом ее из относительных единиц в именованные. При этом
, Н*м.


М*

M_CT

n*

В

А

3

2

1


Механическая характеристика двигателя и винта ТР в относительных единицах:
1 – характеристика винта при ходе в свободной воде;

2 – швартовная характеристика;

n, об/мин	100	120	140	160	180	200	220	180
МЖМХ·105, Н·м	6,5	5,7	4,8	4,1	3,6	3,2	2,9	2,6
МШХ·105, Н·м	0.38	0.6	0.86	1.54	1.94	2.4	2.9	3,1
МХСВ·105, Н·м	1,6	2	2,5	3,6	4,9	5,5	6,1	7,2

---

3 – желаемая механическая характеристика ГЭД




Механическая характеристика двигателя и винта ТР

5.3. Построение желаемой внешней характеристики главного генератора

При построении внешней характеристики необходимо составить расчетную схему, в которой все генераторы заменяются эквивалентным генератором. В зависимости от схемы включения рассчитываются напряжение и ток эквивалентного генератора. Сопротивление якорной цепи берут равным сумме сопротивлений отдельных генераторов.

Для ГЭУ по схеме постоянства мощности желаемую внешнюю харак­теристику получают из желаемой механической характеристики ГЭД путём соответствующего пересчёта оборотов и момента в напряжение и ток главно­го генератора.

Пересчёт выполняется по следующим формулам.

;

;






- момент ГЭД.

Для ГЭУ по схеме неизменного тока желаемая внешняя характеристика генератора без учета падения напряжения в его якорной цепи представляет собой два перпендикулярным осям тока и напряжения отрезка, проведенных до этих осей из точки, соответствующей номинальному напряжению генератора и номинальному току. После построения желаемой внешней характеристики необходимо убедиться, что не нарушаются условия: U_Г U_Гн; I_Г I_Гн.

Все результаты пересчёта сводятся в таблицу.

U, B	613	695	787	886	988	1093	1200	1308
I, A	16000	12800	10667	9143	8000	7111	6400	5818

---

Внешняя характеристика главного генератора.

6. Разработка функциональной схемы

Оптимальные в эксплуатационном отношении автоматизированные ГЭУ в режимах переменного момента сопротивления движению судна выполняют две основные функции: осуществляют поддержание постоянства мощности главного двигателя (ГД) и регулирование частоты вращения ГЭД.

Необходимость поддержания постоянства мощности ГД предъявляет жесткие требования к механическим характеристикам ГЭД и внешним характеристикам генератора. Требуемые статические характеристики могут быть получены различными средствами:

- поддержание постоянства мощности ГД в широких пределах можно достичь изменением тока и напряжения генератора;

- поддержание постоянства мощности ГД в узких пределах можно достичь изменением магнитного потока ГЭД как в зависимости от мощности генератора, так и в зависимости от мощности на валу двигателя.

Регулирование частоты вращения ГЭД можно осуществлять изменением напряжения генератора или ослаблением магнитного потока ГЭД.

Системы управления ГЭУ должны обеспечивать необходимое качество переходного процесса при пуске, реверсе, остановке и изменении скорости судна.

Варианты построения функциональных схем управления весьма разнообразны. В курсовом проекте рекомендуется выбрать один из следующих вариантов, широко распространенных на практике [10].

1. Для судов с тяжелыми условиями плавания (буксиров, ледоколов и пр.), а также некоторых транспортных судов с механической характеристикой ГЭД, имеющей вид, как на рис. 1, для выполнения требования P=const, ограничения момента стоянки и скорости холостого хода необходимы регуляторы мощности, тока и напряжения, включенные параллельно, а также соответствующие измерительные преобразователи, включенные в цепи отрицательных обратных связей.

Работа регулятора тока. Если ток в главной цепи резко возрастает и его значение становится больше допустимого тока стоянки I_ст, то вступает в действие регулятор тока, формируя такой управляющий сигнал для системы управления тиристорами, чтобы ограничить ток до его значения, соответствующего моменту стоянки на механической характеристике. Регулятор мощности при этом находится в насыщении.

Работа регулятора напряжения. Регулятор напряжения осуществляет ограничение напряжения генератора до значения, соответствующего скорости холостого хода стоянки на механической характеристике. В случае резкого снижения тока напряжение генератора возрастает и становится больше значения U

---

_хх. Вступающий в действие регулятор напряжения ограничивает напряжение генератора. Регулятор мощности при этом не действует.

Работа регулятора мощности. Регулятор мощности поддерживает постоянство мощности между точками А и В механической характеристики, т.е. когда nA, MB. Увеличение момента сопротивления на валу ГЭД снижает его частоту вращения, в результате чего возрастает ток. Напряжение генератора снижается под влиянием реакции якоря в большей степени, чем это необходимо для сохранения постоянства мощности. Благодаря отрицательной обратной связи (ООС) по мощности напряжение на выходе регулятора мощности увеличивается. В результате увеличиваются напряжение возбуждения генератора, ЭДС генератора и его мощность. Это происходит до тех пор, пока сигнал на выходе регулятора мощности не станет равным нулю. При снижении тока регулятор мощности действует в обратном направлении.

2. Поддержание постоянства мощности путем изменения магнитного потока ГЭД в зависимости от мощности генератора применяется на судах с обычными условиями плавания: пассажирских, грузовых, рыболовных, у которых швартовный режим является кратковременным, и допустимы кратковременные перегрузки.

Для реализации желаемых характеристик генератора и ГЭД необходимо, чтобы при изменении момента сопротивления гребного винта магнитный поток ГЭД менялся таким образом, чтобы мощность оставалась постоянной. Так, при снижении момента сопротивления на валу ГЭД уменьшается потребляемая мощность.

Работа регулятора мощности. В основном режиме магнитный поток двигателя номинальный, номинальная мощность, и сигнал на выходе регулятора мощности равен нулю. Уменьшение момента сопротивления на гребном валу приводит уменьшению тока в главном контуре. Таким образом, мощность генератора уменьшается. Регулятор мощности должен работать таким образом, чтобы снижать магнитный поток ГЭД, в результате чего частота вращения ГЭД будет повышаться, а вместе с нею будет повышаться потребляемая мощность.

Регуляторы тока и напряжения будут ограничивать соответствующие параметры так же, как описано в предыдущем случае.

Таким образом, САУ включает три регулятора: регулятор тока, регулятор напряжения и регулятор мощности.

7. Выбор возбудителей, постов управления и избирательных переключателей

7.1. Выбор тиристорных преобразователей для питания обмоток возбуждения

Для судовых условий эксплуатации разработаны тиристоры серий ВКУ, ВКУВ, ВКДУЛ, ВКДУЛВ, Т, ТД, ТВ, которые так же, как и вентили, делятся на классы в зависимости от допустимого номинального амплитудного значения напряжения и на группы — в зависимости от среднего за период падения напря­жения на открытом тиристоре при прохождении номинального тока.

Выбор тиристорных преобразователей производится по справочнику [1-3], исходя из данных машин главной цепи ГЭУ, выбранной системы возбуждения (индивидуальная, централизованная, смешанная), схемы включения обмоток возбуждения, и учетом необходимости обеспечения примерно двукратной форсировки напряжения и тока возбуждения.

Мощность возбуждения принимается равной 0,5% от мощности генератора и 0,6-1% от мощности ГЭД (меньшие значения для ГЭД мощностью выше 10000 кВт, большие – для ГЭД мощностью меньше 10000 кВт). С учетом обеспечения необходимой форсировки возбуждения в переходных режимах, полученная мощность увеличивается в 2-2,5 раза.

Кроме основных возбудителей рекомендуется предусматривать резервные возбудители, которые с помощью специальных переключателей могут быть подключены к схеме возбуждения взамен вышедшего из строя основного возбудителя.

При применении двухъякорных ГЭД обычно предусматривается один резервный возбудительный агрегат для обоих контуров главного тока (для якоря ГЭД и работающих на него генераторов); резервные возбудители могут включаться в схему взамен любого из двух рабочих возбудителей.

В пояснительной записке приводятся сведения о требованиях Регистра к системам возбуждения, описания достоинств и недостатков тиристорных возбудителей, схем включения, возможных режимов работы и способов управления.

Выбираем :

Характеристики	ВАКС-150-330 (нереверсивный)
Питающей сети: напряжение, В частота, Гц число фаз ударный ток короткого замыкания на зажимах преобразователя не более, кА Сигнала управления: напряжение, В ток не более, А коэффициент пульсаций напряжения не более, % Преобразователей в номинальном режиме: напряжение, В ток, А КПД не менее коэффициент мощности не менее	380 19 50 2,5 3 60 0,18 0,01 2 220 300 0,85 0,45

7.2. Выбор постов управления

Посты управления выбираются по справочной литературе [4], исходя из требуемого количества режимов и уровня выходного сигнала.

Пост управления служит для изменения режима работы ГЭД (регулирования мощности, частоты вращения и направления вращения ГЭД и т. п.) [4].

Выход поста управления является управляющим сигналом системы регули­рования и может подаваться на обмотки возбуждения генераторов и ГЭД или их возбудителей или на вход регулятора (например, регулятора мощности, регуля­тора частоты вращения и т. п.).

Как правило, пост управления имеет одно среднее — нулевое — положение «стоп» и по 15—20 положений «вперед» и «назад». Иногда для более четкой и га­рантированной остановки ГЭД применяют «расширенное нулевое положение», при этом на первых положениях «вперед» и «назад» возбуждение ГЭД и генерато­ров еще не включается.

В качестве постов управления ГЭД могут использоваться контактные (рео­стат, потенциометр и т. п.) или бесконтактные (сельсин, вращающийся трансфор­матор и т. п.) аппараты. Повышение надежности контактных постов управления может быть достигнуто применением неподвижных контактов, управляемых электромагнитным полем и заключенных в вакуумный сосуд (например, герконов и т. п.).

При выборе типа поста управления учитываются возможности обеспе­чения необходимого (равномерного или по определенному закону) прироста мощности или частоты вращения ГЭД по положениям поста управления.

Это достигается, например, подбором величины ступеней сопротивления потенциометрического реостата поста управления или получением соответствующей формы выходного напряжения бесконтактного поста управления. Как правило, посты управления имеют равномерное приращение угла поворота по положениям, поэтому практически равномерное приращение частоты вращения (мощности) ГЭД от минимального до максимального значения достигается при прямолиней­ной зависимости выходного сигнала от положения поста управления.

В некоторых постах управления предусматриваются моторные приводы потенциометрических реостатов (или сельсинов), что позволяет осуществлять затяжку во времени изменения задающих сигналов цепи возбуждения — это обеспечивает более спокойное протекание переходных процессов при изменении режима работы ГЭУ.

На судне предусматривается как минимум два поста управления ГЭД; основ­ной и резервный.

Основной пост управления располагается в ходовой (рулевой) рубке, ре­зервный — непосредственно у гребного электродвигателя или в щите электро­движения. Иногда схемами электродвижения предусматривается дистанционный набор режима работы ГЭУ (включение в работу генераторов) из центрального поста управления силовой установкой судна (ЦПУ), без постоянной вахты у щи­тов электродвижения и ГЭД. В этом случае резервный пост управления греб­ными электродвигателями устанавливают в ЦПУ — либо в виде отдельного аппарата, либо встроенным в пульт электродвижения.

С учетом характера работы судна при различных условиях плавания уста­навливают дополнительные посты управления на верхнем ходовом мостике, в кормовой оконечности или другом месте судна.

На верхнем мостике и в ходовой рубке ледоколов для обеспечения опера­тивного управления судном устанавливают несколько органов управления — обычно по бортам и в ДП. В качестве органов управления используются тумбы машинного телеграфа, которые имеют специально выведенные концы валиков для связи с постом управления ГЭД.

Чтобы рукоятки всех тумб машинного телеграфа, установленных в одном помещении, и пост управления ГЭД поворачивались строго синхронно, их свя­зывают между собой электрическим валом или механическим валикоприводом.

Выбираем:

ПУ 6918

Кол-во положений (в одну сторону) 16

Число блок-контактов 2

7.3. Выбор избирательных переключателей [3-4]

В ГЭУ постоянного тока для набора схем главного тока обычно применяются специальные коммута­ционные аппараты, называемые избирательными (или селектор­ными) переключателями, которые обеспечивают одновременные переключения, как в цепях главного тока, так и в цепях возбуждения, управления, защиты и сигнализации. Избирательные переключатели имеют главные контакты, кон­такты возбуждения и вспомогательные контакты. Для каждого контура главного тока предусматривается, как правило, один избирательный переключатель (иногда отдельный избирательный переключатель предусматривается для каждого главного генератора). Конструктивно избирательный переключатель представляет собой аппарат, аналогичный контроллеру кулачкового типа с механическим редуктором, встраи­ваемый в щит гребной установки и управляемый с лицевой стороны при помощи штурвала. Избирательные переключатели изготовляются, как правило, в откры­том исполнении.

Отечественная промышленность выпускает в основном избира­тельные переключатели серии ПС-69, без дугогашения в цепи главного тока.

Выбираем:

Тип переключателя	Количество рабочих положений	Количество контактов, рассчитанных на продолжительный ток, А
		3000	1000	130	120	100	10
ПС-1208-1	4	-	8	-	7	-	12

8. Разработка схемы защиты, блокировки и сигнализации

8.1. Виды защиты

Регистр предусматривает следующие виды защит и блокировок:

• 
  защита от коротких замыканий и сверх токов в главном контуре ГЭУ;
  
• 
  защита от самопроизвольного реверса дизель - генераторов;
  
• 
  защита от разноса дизель генераторов;
  
• 
  защита от разноса ГЭД;
  
• 
  нулевая защита;
  
• 
  блокировка от неправильных переключений избирательных переключателей.
  

При разработке схемы защиты следует использовать типовые решения, рассмотренные в приведенной литературе.

8.2. Блокировки

В ГЭУ постоянного и переменного то­ка широко используются блокировки, назначение которых двоякое:

с одной стороны, с их помощью можно избежать запретных последовательнос­тей включений или выключений, совокупность которых может повести к аварийным ситуациям, с другой стороны, облегчить управление уста­новкой путем достижения первой цели и усилить безопасность обслу­живания.

Блокировки, применяемые в ГЭУ, могут быть механическими и электромагнитными. Механические блокировки более просты, но могут блокировать объекты, находящиеся только в пределах одного помеще­ния и по возможности расположенные недалеко друг от друга. Блоки­ровки электромагнитного типа, выполняемые обычно в виде электро­магнитных замков, свободны от этих ограничений, но требуют для свое­го функционирования источника питания.

Число и характер необходимых блокировок определяются в каждом отдельном случае конкретной схемой. В общем случае Правила Регист­ра Российской Федерации требуют в каждой ГЭУ иметь блокировку, которая обеспечи­ла бы снятие рабочего напряжения с цепей ГЭУ при входе лиц обслу­живающего персонала внутрь кабин распределительного устройства. Обязательными являются блокировки переключателей постов управления, избирательных переключателей, разъединителей в контуре глав­ного тока и переключателей возбуждения.

Должны быть предусмотрены блокировки, не допускающие пуск главных генераторов при отсутствии охлаждающей воды в системе охлаждения установки, не допускающие включение ГЭУ при непро­гретых главных дизелях, и некоторые другие, диктуемые особенностя­ми данной установки, без которых она не может считаться безопасной для обслуживания или достаточно надежной при эксплуатации.

Блокировка избирательных переключателей осуществляется обычно с помощью электромагнитных замков (защёлок). Набор схемы главного тока возможен только в обесточенном состоянии установки. Штурвалы переключателей, возможно, поворачивать только при подаче питания на катушки электромагнитных защёлок, все переключатели цепей управления, подающие напряжения на цепи управления должны быть в положении «Питание защёлки от основного или резервного ГПН».

8.3. Виды сигнализаций, применяемых на судах с электродвижением:

1. 
   Сигнализация о падении давления в системе охлаждения дизеля ниже допустимого предела, осуществляется, как правило, лампами красного цвета;
   
2. 
   Сигнализация о нарушении нормальной работы генераторов, осуществляется также лампами красного цвета. Сигнальные лампы загораются при падении давления воды в охладителях выходящего воздуха генераторов (замыкаются обычно контакты реле давления воды);
   
3. 
   Сигнализация об отключении одного контура тока (если таковой есть в схеме главной цепи ГЭУ). Осуществляется такая сигнализация лампами красного цвета;
   
4. 
   Сигнализация о заземлении цепей главного тока;
   
5. 
   Сигнализация об отключении вентиляторов гребного электродвигателя;
   
6. 
   Сигнализация о готовности дизелей к приёму нагрузки. Осуществляется лампами белого цвета;
   
7. 
   Сигнализация о наборе заданного режима работы гребной электрической установки. Осуществляется красными сигнальными лампами;
   
8. 
   Сигнализация о срабатывании электромагнитных замков, т.е. о снятии блокировки с переключателей генераторов;
   
9. 
   Сигнализация о срабатывании защиты от короткого замыкания и перенапряжения осуществляется красными сигнальными лампами;
   
10. 
    Сигнализация о перегрузке в цепях главного тока, осуществляется красными сигнальными лампами;
    
11. 
    Сигнализация о нарушении нормальной работы гребного электродвигателя осуществляется красными сигнальными лампами;
    
12. 
    Сигнализация об открытых дверях щита электродвиже­ния осуществляется красной сигнальной лампой;
    
13. 
    Сигнализация о наличии воды в сточном колодце в помещении гребного электродвигателя осуществляется красной сиг­нальной лампой;
    
14. 
    Сигнализация о включенном валоповоротном устройстве осуществляется красной сигнальной лампой;
    
15. 
    Сигнализация о месте управления гребного электродвига­теля осуществляется белыми сигнальными лампами;
    
16. 
    Звуковые сигналы срабатывают при заземлении в цепи глав­ного тока и при срабатывании контактора, размыкающий кон­такт которого замыкается в случае обесточивания контура тока из-за срабатывания защиты. Ревун звучит до тех пор, пока рукоятка поста управления не будет переведена в положение «Стоп».
    

Заключение

Система ГЭУ постоянного тока имеет более широкий диапазон регулирования скорости для ГЭУ. Маневренность системы, очевидно, высока. Существует возможность экономической модели в системе электростанции постоянного тока.

Несмотря на высокую стоимость и сложность системы питания постоянным током, система доказала свою рациональность. Система чрезвычайно маневренна, имеет обширную частотную регулировку GED, может работать в экономичном режиме и надежна.

Литература

1. 
   Акулов Ю.И. Гребные электрические установки (устройство и эксплуатация) Издание второе, дополненное и переработанное. Издательство «Транспорт», 2019, стр. 67-304.
   
2. 
   Акулов Ю.И. Гребные электрические установки. М,: Издательство «Транспорт», 2018. – 264 с.
   
3. 
   Гребные электрические установки: Справочник/ 10.Н. Авик, Е.Б. Айзенштанд, Ю.М. Гилерович и др. - Л.: Судостроение, 2019. -320с.
   
4. 
   Гребные электрические установки: Справочник/ Е.Б. Айзенштандт, Ю.М. Гилерович. Б.А. Горбунов, В.В. Сержантов. - Л.: Судострое­ние, 2018.-304 с.
   
5. 
   Гребные электрические установки. Методические указания и контрольные задания для заочных факультетов высших учебных заведений по специальности 1613 «Эксплуатация судового электрооборудования», разработанные Ароновым О.Н.- Мурманск: МВИМУ, 2018.- 147 с.
   
6. 
   Михайлов В.А, Рукавишников С.Б, Фрейдзон И.Р. Электродвижение и электропривод судовых механизмов. Издательство «Судостроение». Л. 2019. стр.607.
   
7. 
   Полонский В.И. Электрооборудование и электродвижение судов. М.: Издательство «Транспорт», 2018. – 291 с.
   
8. 
   Полонский В.И., Хайкин А.Б. Автоматизированные гребные элек­трические установки. — М.: Транспорт, 2017. - 432 с.
   
9. 
   Рукавишников С.Б. Автоматизированные гребные электрические установки. - Л.: Судостроение, 2018. - 296 с.
   
10. 
    Рукавишников С.Б. Автоматизированные гребные электрические установки. - Л.: Судостроение, 2019. - 180 с.
    
11. 
    Справочник по электрическим машинам. Том 1/Под общей редакцией доктора технических наук И.П.Копылова, и кандидата технических наук Б.К.Клокова, М.: Энергоатомиздат 2018. – 449 с.
    
12. 
    Справочник по электрическим машинам. Том 2/Под общей редакцией доктора технических наук И.П.Копылова, и кандидата технических наук Б.К.Клокова, М.: Энергоатомиздат 2019. – 439 с.
    
13. 
    Хайкин А.Б., Васильев В.H., Полонский В.И. Автоматизированные гребные электрические установки. - М.: Транспорт, 2016. - 418 с.
    
14. 
    Чекунов К.А. Судовые электроприводы и электродвижение судов. - Л.: Судостроение, 2016.-312 с.
    
15. 
    Чекунов К.А. Судовые электроприводы и электродвижение судов. - Л.: Судостроение, 2016. - 352 с.
    

---