Раздел 4. Теория и устройство гребных электрических установок (ГЭУ) (лекция 2)

Принципиальная схема ГЭУ. Основные режимы и статические характеристики. Гребные электродвигатели, генераторы, выпрямители и возбудители. Системы управления ГЭУ. Переходные процессы в ГЭУ постоянного тока.
Ни один студент не подписался
  • 4 уроков

Принципиальная схема ГЭУ. Основные режимы и статические характеристики. Гребные электродвигатели, генераторы, выпрямители и возбудители. Системы управления ГЭУ. Переходные процессы в ГЭУ постоянного тока.

Лекция 4.2.2.1. Достоинства ГЭУ

Достоинства ГЭУ можно подразделить на две основные категории: проектировочного (а также конструктивного) и эксплуатационного характера.

Достоинства проектировочного и конструктивного характера. Они обусловливаются возможностью применить быстроходные первичные двигатели и главные генераторы; выбирать оптимальные параметры первичных двигателей и движителей; широко стандартизировать и унифицировать отдельные части установки; упрощать конструкции первичных двигателей, используя их нереверсивные типы; уменьшать длину гребных валов; уменьшать длину главных паропроводов в случае ГЭУ с паропроводными турбинами; широко применять системы контроля и автоматики.

Быстроходные первичные двигатели применяют, главным образом, в дизель — электрических гребных установках (ГЭУД). Их сравнение проводится с дизельными гребными установками непосредственного соединения (ДГУ). При повышении частоты вращения дизелей, например, со 125 до 700 — 800 об/мин относительная масса ДЭГУ уменьшается в 5 — 7 раз.

Возможность выбора оптимальных параметров одновременно первичных двигателей и гребных винтов объясняется следующими обстоятельствами. В турбинных электрических гребных установках (ТЭГУ) отпадает необходимость в турбинах заднего хода, а вместе с тем и опасность так называемого теплового удара, т.е. повышения температуры пара в зоне рабочих лопаток этих турбин, когда они в процессе реверса судна еще продолжают вращаться в направлении вращения переднего хода.

Опасность теплового удара, вызывающего резкое увеличение длины лопаток, заставляет часто выбирать пониженные параметры пара в неэлектрифицированных гребных установках и тем снижать эффективность их работы. В дизельных гребных установках, чтобы избежать значительного снижения КПД гребных винтов, приходится нередко выбирать частоту вращения первичных двигателей и винтов компромиссным образом, снижая быстроходность двигателей и увеличивая угловую скорость винтов, что все же приводит к уменьшению КПД винтов.

Широкая унификация и стандартизация отдельных частей ГЭУ имеет большое практическое значение, так как производство новых электродвигателей и электрической аппаратуры растет быстрее, чем производство первичных двигателей новых типов. Применение электродвижения позволяет обеспечить большой диапазон мощностей ГЭУ при весьма ограниченном числе типов и размеров первичных двигателей.

Реверсирование винтов в ГЭУ осуществляется при помощи гребных электродвигателей. Вследствие этого первичные двигатели выбирают нереверсивными. Это упрощение особенно существенно для ТЭГУ, поскольку при этом отпадает необходимость в турбинах заднего хода. Мощность этих турбин составляет 40 — 50% мощности основных турбин, поэтому при отказе от них упрощается гребная установка и снижается ее масса.

Длина гребных валов в ГЭУ особенно часто уменьшается при электрификации турбинных установок, так как в них ГЭД связаны с турбогенераторами лишь электрически и могут быть сдвинуты в корму. Длина гребных валов у электроходов обычно не превышает 15 — 25% длины судна (в не электрифицированных установках она доходит соответственно до 30 — 40%).

Уменьшение длины главных паропроводов в ТЭГУ обусловливается тем, что отсутствие механической связи между гребными валами и турбинами облегчает решение задачи более близкого их размещения к котельным отделениям.

Достоинства эксплуатационного характера. К ним относятся: повышенная надежность и живучесть ГЭУ; широкая возможность дистанционного управления установкой; повышенные маневренные качества ГЭУ; относительная экономичность при работе ее на промежуточных ходах; возможность улучшить использование навигационного времени; удобство управления, обслуживания и контроля; питание общесудовых механизмов от главных генераторов и возможность подачи электроэнергии на береговые объекты и суда.

Повышенная надежность действия ГЭУ достигается благодаря спокойным условиями работы первичных двигателей в маневренных режимах, в особенности при реверсах гребных винтов, так как напряженно работают при этом более надежные гребные электродвигатели.

Выход из строя одного или даже двух первичных двигателей (как менее выносливых звеньев) снизит скорость судна с ГЭУ всего на 7 — 13%, а при не электрифицированной гребной двухвальной установке выход из строя двух первичных двигателей приведет к остановке судна.

В ТЭГУ число главных генераторных аппаратов не велико — от двух до четырех. Однако главные турбины непосредственно не связаны с гребными валами. Это дает возможность питать все гребные электродвигатели от оставшихся в рабочем состоянии главных генераторов, обеспечивая достаточную надежность и живучесть гребной установки.

В ГЭУ проще, чем в не электрифицированной гребной установке, внедрить дистанционное управление и автоматизацию. При этом обеспечиваются удобство и быстрота управления ею, повышенная надежность эксплуатации судна.

Повышение маневренных качеств судна достигается посредством уменьшения времени подготовки необходимого режима и увеличения вращающих моментов на гребных валах. Дистанционным управлением с мостика или из ходовой рубки достигается предельная быстрота управления гребной установкой. При этом исключаются ошибки, вызванные неправильной отработкой команд, переданных в машинное отделение при помощи машинного телеграфа.

Из — за возможности форсировать вращающие моменты на гребных валах при маневренных режимах электрифицированные установки имеют большие преимущества перед не электрифицированными. Допустимые перегрузки по вращающему моменту у турбин обычно составляют 40 — 50%, у дизелей — всего 10 -15%; перегрузочная же способность асинхронных двигателей может быть доведена до 100 — 150%, а электродвигателей постоянного тока — до 150 — 200%. При быстротечных реверсах тормозные моменты гребных винтов могут достигать

250-300%, т.е. в такие моменты требуется, чтобы гребные двигатели выдерживали перегрузочные моменты до 150 — 200%, что в не электрифицированных установках невозможно.

Электроходы при реверсировании гребных винтов с полной скорости хода вперед останавливаются на протяжении длины их корпуса, в то время как суда даже с турбинными гребными установками проходят до полной остановки путь, превышающий их длину в 2 — 4 раза, а теплоходы — еще большие отрезки пути.

Гребная электрическая установка имеет широкий диапазон регулирования частоты вращения гребного винта при неизменной частоте вращения первичного двигателя.

Гребная электрическая установка экономична при работе на промежуточных ходах. Отсутствие жесткой механической связи между главными первичными двигателями и гребными валами дает возможность выводить из работы лишние первичные двигатели с их генераторами при снижении скорости судна. Это обстоятельство способствует снижению расхода топлива при промежуточных ходах по сравнению с таковыми при неэлектрифицированных гребных установках.

Эффективность использования навигационного времени в практике эксплуатации судов, плавающих в зоне средних широт, имеет чрезвычайно большое значение. Ремонт громоздких тихоходных дизелей может затягиваться до 2 — 2,5 месяца. В случае же применения электродвижения с быстроходными дизелями продолжительность наиболее крупного ремонта агрегатным методом, т.е. с заменой одного дизеля другим, не превышает, как показала практика, 35 ч. Таким образом, при электрификации гребных установок можно повысить число ходовых суток в году примерно на 20%.

Удобством управления, обслуживания и контроля ГЭУ значительно превосходят энергетические установки других типов. Этому обстоятельству в большой мере способствуют хорошо отработанные методы автоматического измерения и контроля, применяемые в практике электрических станций.

Питание вспомогательных электромеханизмов от шин электродвижения успешно применяется на многих ГЭУ переменного тока. При этом уменьшается расход топлива на вспомогательные нужды благодаря более высокому КПД главных генераторов. В некоторых случаях можно снабжать электроэнергией судовые потребители при стояночных режимах (землечерпалки, землесосы, спасательные и пожарные суда, плавучие краны) от главных генераторов электрохода, а также подавать электроэнергию на другие суда и на береговые объекты во время проведения спасательных работ и других мероприятий и операций.

Поделиться: