Расчет числа и мощности генераторов судовой электростанции

Число и мощность генераторов судовой электростанции должны быть определены таким образом, чтобы в различных режимах работы судна были обеспечены электроэнергией все потребители, работающие при этих режимах.

Так как потребляемые мощности при различных режимах значительно отличаются друг от друга, то необходимо предусмотреть, чтобы в каждом режиме загрузка генераторов приближалась к номинальной. В противном случае недогруженные генераторные агрегаты будут работать с низким к.п.д.

Для определения числа и мощности генераторов судовой электростанции можно пользоваться табличным и аналитическим методами.

В практике речного судостроения наибольшее распространение получил табличный метод.

Для определения необходимой мощности генераторов судовой электростанции составляется таблица электрических нагрузок при различных режимах работы судна в зависимости от его типа. Согласно Правилам Речного Регистра РФ, в таблице нагрузок должны быть предусмотрены следующие режимы работы: ходовой; стоянка в порту; снятие с якоря (шлюзование); специальный режим для судов технического флота, рыболовных и других судов; аварийный режим (при пожаре или получении судном пробоины и сохранении работоспособности основной электростанции).

Для правильного составления таблицы необходимо четко представлять назначение электрифицированного устройства, его режим работы и в каких режимах работы судна он участвует. Так, например, в ходовом режиме должны быть обеспечены электроэнергией рулевое устройство, вспомогательные механизмы главных двигателей, сеть освещения и сигнализации, вентиляторы, некоторые общесудовые насосы и т.д. В аварийном режиме, кроме устройств и механизмов, обеспечивающих движение и управляемость судна, должны получать электроэнергию устройства, служащие для борьбы с аварией. При этом второстепенные приемники и приемники, способствующие распространению пожара (вентиляторы и др.), отключаются.

Рассмотрим порядок составления таблицы нагрузок и расчета мощности судовой электростанции переменного тока на примере буксира (рис. 2.1).

В графу 1 заносятся все потребители электроэнергии, установленные на судне. Для удобства желательно, чтобы потребители были разделены на группы, как-то: палубные механизмы, механизмы машинно-котельного отделения (МКО), бытовые и т.п. Такие потребители, как освещение и сигнальные огни, электроотопление, радиооборудование и приемники слабого ток, заносятся каждый отдельной строкой с указанием потребляемой мощности.

В графе 2 проставляется количество данных потребителей n.

В графу 3 заносится единичная установленная мощность потребителя P_Н на основании его технического паспорта.

В графе 4 проставляется к.п.д. потребителя для номинального режима h_Н.

В графу 5 заносится значение коэффициента мощности, соответствующего номинальной загрузке двигателя cosj_Н.

В графу 6 заносится потребляемая мощность всеми одноименными потребителями P_П:

Для всех характерных режимов работы судна определяются следующие коэффициенты (графы 7, 8, 9, 12, 13, 14, 17, 18, 19, 22, 23, 24):

- коэффициент одновременной работы К₀ одноименных потребителей, равный отношению числа одновременно работающих одноименных механизмов в донном режиме к общему их числу;

- коэффициент загрузки К.З., равный отношению фактической мощности, потребляемой механизмом, к установленной мощности потребителя;

- коэффициент мощности, соответствующий действительной загрузке потребителя cosj_Д. Он определяется по кривым cosj = f (Р) для соответствующих типов электродвигателей. В тех случаях, когда коэффициент загрузки К.З. близок к единице, можно пользоваться значением cosj_Н.

В графы 10, 15, 20 и т.д. заносится значение активной мощности, потребляемой одноименными потребителями в каждом режиме Р_П.А,, которая определяется по формуле

Р_П.А = Р_П К₀ К.З..

В графах 11, 16, 21 и т.д. проставляется значение реактивной мощности Q для каждого режима:

Q = P_П.А. tg j_Д,

где j_Д – угол сдвига между током и напряжением потребителя при соответствующем коэффициенте загрузки К.З._. Определяется tg j_Д по таблице тригонометрических функций на основании cosj.

Если потребитель в данном режиме не работает, то в соответствующих графах делают прочерк. Мощность потребителей, работающих в кратковременном режиме, заносится в соответствующие графы в скобках.

Определяются суммарные активная и реактивная мощности для всех режимов путем сложения мощностей отдельных потребителей без учета мощностей потребителей, взятых в скобках. Так как эти приемники работают кратковременно, то даже при наличии нескольких приемников работу их можно распределить таким образом, чтобы была определенная очередность, исключающая перегрузку судовых генераторов в различных режимах. В каждом конкретном случае при выборе генераторов необходимо проверить, смогут ли генераторы обеспечить нормальную работу приемников соответствующего режима с учетом приемников, работающих кратковременно. В противном случае при определении суммарных мощностей следует учесть некоторые приемники, работающие кратковременно.

Так как все потребители в каждом конкретном режиме работы судовой электростанции в действительности не работают, то необходимо выбрать энергетический коэффициент одновременности для каждого режима К_О.Э. Из практического опыта установлено, что К_О.Э. = 0,6 ÷ 1. Чем больше потребителей работает в соответствующем режиме, тем меньше этот коэффициент, и наоборот.

Затем для каждого режима работы судовой электростанции определяются суммарные активная и реактивная мощности с учетом энергетического коэффициента одновременности.

При передаче электроэнергии от генератора к потребителям часть ее теряется в сети. Эти потери учитываются увеличением суммарных мощностей для каждого режима на 5%. Полученные суммарные мощности обозначим: активную SP_П.А. и реактивную SQ.

Определяется средневзвешенный коэффициент мощности для каждого режима по формуле

где SS – полная мощность, определяемая по формуле

Если средневзвешенный коэффициент мощности будет не менее номинального (за номинальный коэффициент мощности принимается 0,8), то определение мощности судовой электростанции производится по суммарной активной мощности SP_П.А. Если средневзвешенный коэффициент мощности меньше номинального, то определение мощности судовой электростанции производится исходя из полной мощности SS.

На основании SP_П.А (или SS) выбираются число и мощность генераторов судовой электростанции.

Рис. 2.1

Таблица нагрузок СЭС буксира

При выборе основных и резервных источников электроэнергии необходимо исходить из следующих предпосылок:

- на судне должно быть не менее двух источников электроэнергии, один из которых – резервный;

- при выходе из строя основного или одного из основных источников резервный должен обеспечить ходовой и аварийный режим работы судна;

- основные и резервный дизель-генераторы должны быть по возможности однотипными;

- необходимо стремиться к использованию номинальной мощности источников, что экономически выгодно. В связи с этим при большом числе потребителей и разной загрузке электростанции по режимам следует разукрупнять единичные мощности генераторов и применять их параллельную работу;

- для работы электростанции в режиме стоянки судна в порту, на якоре, резко отличающемся (в меньшую сторону) от работы в других режимах, следует предусмотреть стояночный дизель-генератор;

- учитывая перспективу модернизации судна, мощность судовой электростанции необходимо установить с запасом порядка 15% по каждому из режимов.

Таблицу нагрузок для судовой электростанции постоянного тока составляют таким же образом, но число граф таблицы уменьшается за счет исключения граф 5, 9, 11, 14, 16, 19, 21, 24, 26.

Расчет судовой электростанции методом нагрузочных таблиц прост, нагляден и может применяться для любых типов судов.

Важно, что этот метод можно использовать не только для определения мощности генераторов судовой электростанции, но и определения мощности аварийного генератора и преобразователей тока. Недостатком метода является отсутствие научно обоснованных рекомендаций для выбора коэффициента загрузки потребителей в различных режимах и энергетического коэффициента одновременности.

Аналитических метод определения мощности судовой электростанции разработан в Центральном научно-исследовательском институте морского флота и базируется на обобщении статистических данных, собранных в результате исследования работы электростанций сухогрузных и наливных и морских теплоходов с тихоходными дизелями. поэтому этот метод может применяться для подобного типа судов.

В начальной стадии проектирования, когда не определены весь комплекс судовых потребителей и режимы их работы, расчет мощности СЭС судов транспортного флота целесообразно производить аналитическим методом, который дает приемлемые результаты. С введением определенной коррекции он может быть применен и для нахождения мощности СЭС судов других типов. Практически согласно требованиям Регистра мощность электростанций судов всех типов определяют табличными методами.

При использовании аналитического метода среднюю расчетную мощность СЭС в ходовом режиме определяют (в киловаттах) по выражению

P_х = 18 + 0,028N+P^*,

где N – мощность главных двигателей энергетической установки судна, кВт,

P^* - наибольшая из величин Р_э.п и Р_б.п. (Р_э.п – мощность наиболее мощного эпизодического потребителя, кВт, Р_б.п. – мощность бытовых потребителей, кВт).

Расчетную мощность бытовых потребителей находят по формуле

P_б.п. = Р_к +Р_в + Р_к.в.,

где Р_к = P_пл.i – суммарная мощность электроплит камбуза (Р_пл.i – мощность i-й плиты);

Р_в = (0,4 0,8) P_вi – суммарная мощность бытовой вентиляции с учетом коэффициента одновременности работы вентиляторов;

Р_к.в.= 0,7Р_к.в.i – суммарная мощность установок кондиционирования воздуха с учетом коэффициента одновременности их работы.

В тех случаях, когда на судах имеются отдельные мощные установки, например рефрижераторные на транспортных рефрижераторах и морозильных траулерах, к средней расчетной мощности добавляют мощности таких установок с учетом коэффициента одновременности их работы.

Среднюю расчетную мощность СЭС в режиме стоянки без грузовых операций определяют (в киловаттах) по выражению

P_ст = 1 + 0,002D + Р^*,

где D – водоизмещение судна, т;

Р* - наибольшая из величин Р_э.п и Р_б.п. (Р_э.п – мощность наиболее мощного эпизодического потребителя, кВт, Р_б.п. – мощность бытовых потребителей, кВт).

Среднюю расчетную мощность СЭС в режиме стоянки с грузовыми операциями находят по формуле

P_{ст. гр} = Р_ст. + Р_{гр. м},

где Р_гр.м. – мощность грузовых электромеханизмов с учетом коэффициента одновременности их работы k_о.

Среднюю расчетную мощность СЭС в маневренном режиме определяют так:

Р_м = Р_х + 0,8 (Р_бр + Р_кп),

где Р_бр, Р_кп – номинальные мощности электродвигателей брашпиля и компрессора.

Расчетные мощности СЭС в аварийных режимах при работе основной электростанции Р_СЭС и при работе аварийной электростанции Р_АЭС принимают равными соответственно

Р_СЭС = (1,3 ¸ 1,35) Р_х;

Р_АЭС = (0,3 ¸ 0,35) Р_х.

Среднюю расчетную мощность СЭС в спецрежиме, например, в режиме траления рыбоморозильного траулера, находят по формуле

Р_с.р = Р_х + Р_т.л.,

где Р_т.л - номинальная мощность электродвигателей траловых лебедок.

Отметим, что в расчетах мощности СЭС во всех режимах при наличии мощных потребителей, как и в ходовом режиме, следует вносить поправку. Кроме того, надо учитывать потери мощности в электросетях судна, составляющие 5%. В отдельных случаях целесообразно предусматривать мощность на модернизацию судового оборудования.

Основные параметры судовых генераторов и коэффициенты одновременности и загрузки некоторых судов приведены в приложении (таблицы 1 – 8).

Поиск по сайту: