Файл: Хайдуков, О. П. Электрооборудование судов учебник.pdf

Глава XII

Гребные электрические установки (ГЭУ)

§ 73. ГЭУ и их особенности

Из истории электротехники известно, что русский академик Борис Семенович Якоби свой первый в мире электродвигатель по­ стоянного тока мощностью около 0,7 кВт установил для испытаний на лодку, которая с 14 пассажирами (тоже академиками) ходила по Неве 7 ч со скоростью (против ветра и течения) около 4,2 км/ч. Это было в 1839 г. Электродвигатель получал питание от 128 плати­ но-цинковых элементов Грове.

Начиная с 1880 г. до конца XIX столетия в разных странах строились лодки с электродвижением. Самая быстроходная лодка того времени развивала скорость до 36,2 км/ч, а самая большая из них брала на борт до 50 пассажиров. Источником электроэнергии на этих лодках были гальванические элементы либо аккумулятор­ ные батареи.

В 1903—1904 гг. в России _были построены два дизельных суд­ на — «Вандал» и «Сармат», на которых гребная электрическая установка играла вспомогательную роль. Дело в том, что к тому времени еще не был изобретен реверсивный дизель и на этих судах дизель непосредственно передавал вращение движителю только при переднем ходе судна, а при заднем ходе использовалась элек­

строены восемь канонерских лодок, а в 1907 г. был изобретен ре­ версивный дизель и подобные суда больше не строились. Впрочем, в дальнейшем царское правительство не построило вообще ни одно­ го надводного судна с электродвижением, хотя проекты таких элек­ троходов разрабатывались. Был проект линкора «Севастополь» с ГЭУ мощностью 42000 л. с. и проект океанского судна водоизмеще­ нием 10 750 т для рейсов между портами Одесса и Владивосток с ГЭУ мощностью 3000 л. с. и скоростью 13 узлов.

В США с 1916 по 1927 г. было построено 118 электроходов об­ щей мощностью около 700 000 л. с., в том числе авианосец водо­

291

В 1935 г. во Франции был построен самый большой в мире пас­

Вдовоенные годы в крупных капиталистических странах суще­ ствовала тенденция строительства /крупных судов с турбоэлектрической гребной установкой (ТЭГУ) переменного тока.

Кстроительству отечественных электроходов наша страна смог­ ла приступить только после Великой Отечественной войны.

Вэто время большое развитие получили дизельные суда сред­ него водоизмещения, а электродвижение использовали преимуще­

ственно на -судах специального назначения: ледоколах, буксирахспасателях, промысловых судах и т. д. с дизель-электрическими

.гребными установками (ДЭГУ).

В 1956 г. в СССР насчитывалось 69 электроходов, а в 1959 — 1960 г. вступил в строй первый в мире атомный электроход — ледо­ кол «Ленин» мощностью 44 000 л. с.

В 1961 г. в СССР уже было 80 электроходов отечественной и бо­

В США в 1970 г. было 266 коммерческих электроходов, из кото­ рых около половины — относительно старые суда с ТЭГУ перемен­ ного тока. В воецно-морском флоте США в это же время насчиты­ валось 350 кораблей с ТЭГУ и 650 — с ДЭГУ.

Т а б лица 21

В последние годы много электроходов построено в ФРГ. В США, ФРГ, Англии, Исландии, Испании вступили в строй новые электроходы с ГЭУ двойного рода тока.

В табл. 21 приводятся сведения о количестве коммерческих электроходов в мире по годам.

Несмотря на увеличение количества коммерческих судов с ГЭУ, все же электроходы в мировом торговом флоте составляют только 2% общего количества судов.

На рис. 184 показана структурная схема ГЭУ судна. Механиче­ ская энергия, развиваемая первичным двигателем (ПРД), преоб­ разуется в электрическую энергию генератором Г, а затем в греб­ ном электродвигателе ГЭД она вновь преобразуется в механиче­ скую энергию и передается на винт. Пост управления ПУ воздейст­

292

вует на генератор и гребной электродвигатель через систе­ му управления СУ, которая на современных электроходах обеспечивает автоматическое регулирование ГЭУ.

Особенности ГЭУ, от кото­

чаются, во-первых, в двухступенчатом преобразовании энергии и, во-вторых, в отсутствии жесткой связи между первичным двигате­ лем и гребным винтом.

Гребные электрические установки электроходов отечественного

шин или дробить их мощность, устанавливая сдвоенные генерато­ ры и двигатели. Генератор постояного тока мощностью 4000 кВт не может иметь частоту вращения более чем 1000 об/мин, даже тео­ ретически. В этом смысле очень характерен пример атомохода «Ленин», ГЭУ которого выполнена на постоянном токе. Каждая из четырех турбин атомохода вращает через редуктор по два сдво­ енных генератора, т. е. фактически по четыре генератора, каждый из которых имеет мощность 1920 кВт при 595 об/мин.

Мощность машин переменного тока практически для ГЭУ не ограничена, а предельная скорость вращения их ограничивается только частотой тока и при частоте 50 Гц составляет 3000 об/мин.

до последнего времени нашли очень ограниченное распростра­ нение.

В СССР имеются только три пассажирских электрохода на пере­ менном токе: «Россия», «Абхазия» и «Балтика». Построено рефри­ жераторное судно рыбопромыслового флота дизель-электроход «Октябрьск» с ГЭУ на переменном токе и с винтом регулируемого шага (ВРШ). Суда, подобные «Октябрьску», продолжают строить­ ся. Одновременно во Франции для СССР строятся промысловые суда типа «Наталья Ковшова» также с ГЭУ на переменном токе.

Ограниченное строительство судов с ГЭУ на переменном токе объясняется тем, что эти машины обладают такими же регулиро­ вочными свойствами, как машины на постоянном токе, а следова­ тельно, ГЭУ на переменном токе не может обеспечить судну

293

высокие маневренные качества — одно из важнейших достоинств электрохода с ГЭУ на постоянном токе.

Объединить в известной степени достоинства гребных электри­ ческих установок на переменном и постоянном токе можно в ГЭУ двойного рода тока.

В зависимости от типа первичных двигателей ГЭУ делятся на дизель-электрические и турбо-электрические.

Дизель-электрические гребные установки находят более широкое распространение (см. табл. 21) на судах по сравнению с турбоэлектрическими. Объясняется это прежде всего многими важными

перегрузочной способностью и обеспечивает большую устойчивость параллельно работающих генераторов. Паровая турбина как судо­ вой двигатель практически не имеет ограничений по мощности, в то время как предельная мощность дизеля ограничивается

20—30 тыс. л. с.

Классификация ГЭУ по назначению судна весьма обширна. На современном флоте с электродвижением встречаются пассажирские и сухогрузные суда, танкеры и рефрижераторы, ледоколы и букси­ ры-спасатели, паромы и землечерпалки, рыбопромысловые базы и китобойцы. Вместе с тем ГЭУ, как уже отмечалось, нашли самое широкое распространение только на некоторых типах судов — это ледоколы, буксиры-спасатели, суда активного ледового плавания, китобойцы. Электродвижепие обеспечивает для этих типов судов высокую маневренность и некоторые другие качества.

Преимущества и недостатки ГЭУ. ГЭУ имеют немало преиму­ ществ перед установками с непосредственной передачей на винт. 'Рассмотрим наиболее важные из них.

1. ГЭУ обеспечивает судну повышенные маневренные качества. Здесь следует заметить, что это достоинство присуще ГЭУ на по­ стоянном токе, хотя в принципе при использовании, например, ста­ тических преобразователей частоты или машинно-вентильных кас­ кадов ГЭУ на переменном токе может обеспечить судну, не менее высокие маневренные качества.

Повышенная маневренность электрохода достигается за счет не­ посредственного управления гребными электродвигателями с мос­ тика, быстрого реверсирования гребного электродвигателя, боль­ шого диапазона регулирования скорости гребного винта и за счет того, что гребной электродвигатель может работать в тормозном ре­ жиме, обеспечивая быструю остановку судна.

2. В ГЭУ можно автоматически поддерживать постоянную мощ­ ность при изменении момента сопротивления гребного винта.

294

разом, что вращающий момент гребного двигателя увеличивается, а мощность, развиваемая ГЭУ, остается постоянной. Все сказанное можно пояснить рис. 185. Кривые 1, 2, 3, 4 — это механические ха­ рактеристики гребного винта: на чистой воде при полном ходе суд­

выражается приблизительно прямой 5, а механическая характери­ стика гребного электродвигателя ГЭД — кривой 6. Кривая 6 яв­ ляется гиперболой, отвечающей условию

Р = 0,104M« 10. 3 = const,

где Р — мощность гребного электродвигателя, кВт; М — вращающий момент ГЭД, Н-м; « — частота вращения ГЭД, об/мин.

Выполнение этого условия, как уже отмечалось, обеспечивается системой автоматического управления ГЭУ.

При полном ходе на чистой воде теплоход и электроход будут работать в точке а, развивая скорость винта пп и вращающий мо­ мент Мв.

При буксировке воза теплоход будет работать в точке б, а элек­ троход — в точке б'. Нетрудно видеть, что главный двигатель теп­ лохода уже не может развивать номинальную мощность. Еще ху­

295