Какие генераторы используются на судах

Обновлено: 22.04.2024

Питание электроэнергией всех судовых установок осуществляется электрическими станциями постоянного или переменного тока.

По своему назначению судовые электрические станции можно подразделить на станции, служащие: а) преимущественно для освещения; б) для освещения и обеспечения работы вспомогательных механизмов.

На тех судах, где электрическая энергия применяется преимущественно для освещения (вспомогательные механизмы не электрифицированы), электрические станции имеют сравнительно небольшую мощность, порядка нескольких десятков киловатт. На судах с электрифицированными вспомогательными механизмами мощность электрических станций достигает иногда нескольких тысяч киловатт.

Судовые электроустановки строят в соответствии с правилами Регистра. Согласно этим правилам на морских судах разрешается применять и постоянный, и переменный ток.

Для силовых сетей правилами Регистра допускается применение напряжения до 380 в при переменном токе и до 220 при постоянном. Для сетей освещения независимо от рода тока применяется напряжение 220 или 110/127 в.

При этом для танкеров напряжение сети освещения не может быть выше 110 в постоянного и 127 переменного тока.

В тех случаях, когда напряжение осветительной сети отличается от напряжения силовой сети, понижение напряжения для освещения достигается при помощи трансформаторов при переменном токе и преобразователей (состоящих из электродвигателя и генератора) при постоянном.

Генераторы судовых электрических станций приводятся в движение первичными двигателями: паровыми турбинами, паровыми машинами и двигателями внутреннего сгорания.

Как правило, генераторы соединяются с первичными двигателями при помощи соединительных муфт. Ременная передача допускается лишь при маломощных генераторах, служащих для питания только осветительных установок и работающих от главных судовых двигателей.

Генератор вместе с первичным двигателем называют агрегатом. По роду первичного двигателя различают агрегаты:

а) парогенератор — генератор с паровой машиной,
б) турбогенератор — генератор с паровой турбиной,
в) дизель-генератор — генератор с дизелем.

Парогенераторы и турбогенераторы устанавливаются обычно на судах, где главными двигателями являются паровые машины или турбины. Дизель-генераторы применяются, как правило, на судах, где главными двигателями являются двигатели внутреннего сгорания. Однако благодаря ряду преимуществ дизель-генераторных установок (малая площадь, быстрый пуск в ход, экономный расход топлива) они используются нередко и на судах, где главными двигателями служат паровые машины или турбины. Количество агрегатов судовой электростанции выбирается в зависимости от предполагаемого режима ее работы.

Кроме рабочих агрегатов, согласно правилам Регистра всегда предусматривается один резервный агрегат. Резервным считается агрегат, не работающий при ходовом режиме нагрузки станции. Номинальная мощность резервного агрегата должна быть равна мощности наибольшего рабочего агрегата.

Режимы работы судовой электростанции определяются величинами нагрузок ее генераторов и зависят: а) от времени суток и б) от того, движется ли судно или находится на стоянке, готовится ли отойти от берега или пристать к нему.

Зависимость нагрузки генераторов от времени суток объясняется увеличением потребности в электрическом освещении ночью, что ведет к увеличению нагрузки генераторов.

Понятна также и зависимость нагрузки генераторов от количества и степени использования вспомогательных судовых механизмов, находящихся в работе: 1) во время хода судна, 2) на стоянке и 3) при снятии с якоря и швартовке. Очевидно, что количество работающих в данный момент вспомогательных механизмов не остается все время постоянным. Не остается постоянной и нагрузка вспомогательных механизмов, а следовательно, и степень использования приводящих их в движение электродвигателей.

Изложенные выше соображения о режимах работы судовой электростанции принимаются во внимание при выборе числа и мощности ее генераторов.

При выборе числа генераторов необходимо стремиться к наиболее полной загрузке каждого генератора при любых возможных режимах работы электростанции, так как при этом генератор работает с большим коэффициентом полезного действия. Количество устанавливаемых на электростанции генераторов должно быть возможно меньшим.

Обычно стремятся выбирать генераторы одинаковой мощности и типа, что значительно облегчает техническую эксплуатацию электростанции за счет упрощения ухода и уменьшения количества требующихся запасных частей.

При двух и более установленных на электростанций генераторах различают параллельную и независимую (выборную) их работу. При параллельной работе генераторы присоединяются к общим сборным шинам, от которых осуществляется питание всех токоприемников. При независимой работе каждый генератор имеет свои сборные шины.

Судовые генераторы – основные источники электроэнергии. При увеличении нагрузки на генератор ток растёт, а напряжение падает . Основное требование к генераторам поддержание постоянства основных параметров при изменении нагрузки в широких пределах.

В качестве генераторов на судах используются генераторы постоянного и переменного тока. Выбор рода тока определяется потребностями потребителей.

Генераторы с независимым и параллельным возбуждением имеют достаточно жёсткую внешнюю характеристику . Данные типы генераторов используется в качестве возбудителей для синхронных генераторов , в гребных электроустановках и системах управления типа Г-Д.

Основными генераторами электростанций постоянного тока обычно являются генераторы смешанного возбуждения, которые наряду с параллельной обмоткой возбуждения имеют ещё и последовательную обмотку. Эти генераторы имеют наиболее жесткую внешнюю характеристику. Не нуждаются в дополнительных регуляторах так как последовательная обмотка обеспечивает некоторую стабилизацию напряжения . При увеличении нагрузки, увеличивается ток последовательной обмотки, магнитный поток которой, компенсирует размагничивающее действие реакции якоря и уменьшение магнитного потока за счёт уменьшения тока возбуждения.

На современных судах в качестве генераторов в основном используются генераторы трёх фазного переменного тока .

Судовые СГ выполняют на напряжения 400 и 230 В, с соединением обмоток статора соответственно по схемам "звезда" и "треугольник", в диапазоне мощностей 30-3000 кВт при номинальном коэффициенте мощности соsφ = 0,8. Частоты вращения генераторов составляют 500, 750,1000, 1500 и 3000 об/мин. Изоляция обмоток генераторов классов В, Р и Н. Режим работы СГ всех типов продолжительный ( S1 ).

В зависимости от типа и мощности СГ при номинальных напряже-нии, частоте и рабочей температуре выдерживают перегрузку по току 10 % номинального в течение 60-120 мин, 25 % в течение 10-30 мин, 50 % в течение 1-5 мин. Без механических и тепловых повреждений генераторы выдерживают 3-фазное КЗ в течение 5-10 с, при этом ударный ток КЗ не превосходит 14-17-кратного значения амплитуды номинального тока, а установившийся ток КЗ составляет не менее 3- 4-кратного значения номинального тока.

3.2.2.Системы возбуждения СГ

На судах используются СГ с различными системами возбуждения, в которых изменение тока возбуждения происходит автоматически. Системы возбуждения СГ бывают трех видов: с независимым возбуждением, с самовозбуждением и бесщёточные (рис. 3.1).

Рисунок 3.1. Принципиальные схемы систем возбуждения СГ:

а ) – с независимым; б ) – с самовозбуждением; в ) бесщёточный.

При независимом возбуждении (рис. 3.1, а) в качестве источника возбуждения используется возбудитель В - генератор постоянного тока небольшой мощности с параллельной обмоткой возбуждения ОВВ, сидящий чаще всего на одном валу с синхронным генератором СГ. Регулятор возбуждения R предназначен для регулирования напряжения вручную. Применение в качестве возбудителя добавочной электрической машины постоянного тока усложняет конструкцию и снижает надежность СГ.

Создание мощных и надежных полупроводниковых вентилей обеспечило переход на самовозбуждение СГ, при котором мощность для цепи возбуждения отбирается от 3-фазной обмотки статора СГ и подается в обмотку возбуждения ОВГ через трансформатор Т и выпрямитель UZ .

В обоих рассмотренных случаях на валу СГ находятся 2 контактных кольца с установленными на них щетками, что усложняет конструкцию и снижает надежность генераторов. Для облегчения работы щеточного аппарата напряжение возбуждения уменьшают до нескольких десятков вольт (например, при помощи трансформатора), но одновременно увеличивают ток возбуждения. Это позволяет сохранить мощность цепи возбуждения в необходимых пределах (5-10 % номинальной мощности СГ).

Указанных недостатков лишены бесщеточные . В общем корпусе БСГ находятся синхронный генератор СГ и его возбудитель - асинхронный генератор ДГ. При вращении ротора БСГ возникающая на зажимах СГ 3-фазная ЭДС передается на обмотку статора Ст асинхронного генератора, в которой образуется вращающееся магнитное поле. Это поле наводит в обмотке ротора Р асинхронного генератора 3-фазную ЭДС, которая выпрямляется полупроводниковым выпрямителем UZ (закреплен на валу БСГ). Выпрямленное напряжение поступает на обмотку возбуждения ОВГ синхронного генератора. Вращающаяся часть системы обведена штрихпунктирной линией.

Таким образом, система возбуждения БСГ сочетает характерные признаки систем с независимым возбуждением (имеется возбудитель в виде АГ) и самовозбуждением (мощность для возбуждения АГ отбирается от обмотки статора СГ).

3.2.3. Техническое обслуживание

Целью ТО является обеспечение исправного технического состояния ГА и длительное поддержание их эксплуатационных характеристик на заданном уровне. Правила технической эксплуатации МРС в зависимости от объема, характера и сроков проведения работ устанавливают три вида ТО: без разборки (ТО № 1); с частичной разборкой (ТО № 2); с полной разборкой (ТО № 3).

При ТО № 1 необходимо: вскрыть смотровые и вентиляционные отверстия; осмотреть контактные кольца (коллекторы), щеточный аппарат и обмотки статора и ротора (якоря); затянуть доступные контактные и крепежные соединения; очистить доступные места и фильтры от загрязнений, продуть генератор сжатым воздухом давлением не более 0,2 МПа.

При ТО № 2 необходимо выполнить работы в объеме, предусмотренном ТО № 1, и дополнительно: вскрыть и очистить коробку выводов; протереть доступные места ветошью, смоченной в рекомендованном моющем средстве; при необходимости изменить полярность колец СГ; при необходимости просушить обмотки и покрыть изношенные места изоляции эмалью; осмотреть подшипники и их смазку, при необходимости добавить смазку того же сорта.

При ТО № 3 необходимо выполнить работы в объеме ТО № 1 и ТО № 2, а также дополнительно: промыть обмотки статора и ротора (якоря); отремонтировать поврежденные места изоляции обмоток, пропитать их лаком и покрыть эмалью, после чего просушить; при необходимости проточить и отшлифовать контактные кольца (коллекторы); проверить динамометром значение нажатия на щетки, при необходимости отремонтировать щеточный аппарат; заменить смазку в подшипниках; при необходимости окрасить внутренние и наружные поверхности статора и ротора; проверить сопротивление изоляции обмоток по отношению к корпусу и между собой.

После выполнения каждого вида ТО необходимо проверить генератор в режиме холостого хода в течение 1 ч. При этом следует контролировать: напряжение генератора, биение колец и работу щеточного аппарата, температуру нагрева корпуса и подшипников, отсутствие постороннего шума и недопустимой вибрации. После выполнения ТО № 3 дополнительно испытывают генератор при номинальной нагрузке в течение 6 ч.

Восстановление до необходимого уровня частично или полностью утраченных технико-эксплуатационных характеристик ГА достигается с помощью ремонта. Существует 2 вида планово-предупредительного ремонта: текущий и капитальный. При текущем ремонте выполняют работы по восстановлению и замене преимущественно быстроизнашивающихся деталей и узлов, а при капитальном - работы по восстановлению и замене частей и узлов, связанные с большими объемами сопутствующих работ.

Текущий ремонт проводят во время стоянки судна или на заводе без вывода судна из эксплуатации, а капитальный ремонт - как правило, с выводом судна из эксплуатации. Ремонтные работы проводят члены экипажа, а также работники баз технического обслуживания (БТО) и электроремонтных цехов судоремонтных предприятий.

В качестве источников электроэнергии на судах применяют генераторы с автономным приводом (генераторные агрегаты), генераторы отбора мощности и аккумуляторы. Если принятый для судовой электростанции род тока или величины напряжения и частоты отличаются от номинальных параметров некоторых потребителей, то применяют преобразователи электрической энергии.

Генераторные агрегаты (ГА) являются важнейшими элементами электрических станций и состоят из первичного двигателя и генератора.

Первичными двигателями могут быть дизели, паровые поршневые машины, паровые и газовые турбины. Поэтому ГА соответственно называют дизель-генераторами, парогенераторами, турбогенераторами и газотурбогенераторами.

В настоящее время в основном применяют дизель-генераторы и турбогенераторы. Парогенераторы используют редко даже на малых судах из-за их громоздкости и низкого к. п.д., а газотурбогенераторы только начинают внедрять.

Генераторные агрегаты разделяют на основные (к ним можно отнести и резервные), стояночные, аварийные и специального назначения, например для питания траловых лебедок промысловых судов.

Генераторы отбора мощности от главных судовых двигателей обеспечивают электроэнергией потребителей в ходовом режиме. Использование главного двигателя как единого источника энергии ведется двумя путями: использование отбора мощности от главного двигателя для привода валогенераторов; использование утилизации энергии выхлопных газов для питания турбогенераторов.

Установка на судах генераторов отбора мощности обусловлена целым рядом преимуществ и имеет большое практическое значение.

Аккумуляторы на судах используют в качестве аварийных источников электроэнергии, основного источника малого аварийного освещения, в качестве буферного источника тока при использовании валогенераторов, для пуска двигателей внутреннего сгорания и т. д. На судах применяют кислотные и щелочные аккумуляторы.

Преобразователи электрической энергии превращают один род тока в другой или одни величины напряжения и частоты в другие. Они бывают вращающиеся и статические.

К вращающимся относятся двухмашинные и одноякорные преобразователи. Двухмашинные преобразователи состоят из двух электрических машин (двигателя и генератора), установленных на общей фундаментной раме и соединенных с помощью муфты.

Двухмашинные преобразователи занимают много места, тяжелы, сравнительно дороги и обладают низким к. п. д. Поэтому чаще используют одноякорные преобразователи.

Одноякорные преобразователи — это машины постоянного тока, у которых с одной стороны якоря расположен коллектор, а с другой — контактные кольца (три — у трехфазных и два — у однофазных преобразователей), соединенные с обмоткой якоря. Одноякорный преобразователь может преобразовывать постоянный ток в переменный, или наоборот. Если одноякорный преобразователь вращать каким-нибудь двигателем, то он будет одновременно генерировать как постоянный, так и переменный ток.

К статическим преобразователям относятся: ионные и электронные преобразователи; неуправляемые и управляемые полупроводниковые преобразователи. На судах наибольшее распространение получили полупроводниковые преобразователи. По типу применяемых вентилей они подразделяются на купроксные, селеновые, германиевые и кремниевые.

ГЕНЕРАТОРНЫЕ АГРЕГАТЫ

Любой генераторный агрегат, как уже отмечалось, состоит из первичного двигателя и генератора.

Первичные двигатели. Выбор типа первичного двигателя судовых генераторов обычно определяется типом главной судовой установки. Если главный двигатель на судне — дизель, то в качестве первичных двигателей генераторов используют дизели.

В случае установки в качестве главных двигателей паровых турбин, первичными двигателями генераторов являются паровые турбины. Однако на этих судах, как правило, устанавливают и дизель-генераторы. Они обеспечивают судно электроэнергией при аварийных ситуациях и стоянке в порту, когда работа турбогенераторов невозможна или экономически нецелесообразна.

Использование дизелей в качестве первичных двигателей судовых; генераторов целесообразно, так как они экономичны, компактны, автономны и требуют сравнительно несложной и небольшой п о времени подготовки к пуску.

В настоящее время в основном применяют дизели с частотой вращения 500—750 об/мин и 1000—1500 об/мин. Высокооборотные дизель-генераторы легче малооборотных, занимают меньше места, дешевле и имеют более высокий к. п. д. Однако они обладают меньшим моторесурсом и очень шумны. Дизели допускают возможность работы с перегрузкой 10% номинальной мощности в течение одного часа.

Судовые дизель-генераторы (ДГ) по способу соединения с первичными двигателями разделяют на:

ДГР—дизель-генератор рамный, у которого дизель и генератор конструктивно не связаны; генератор имеет два подшипниковых щита и присоединяется к дизелю с помощью жесткой или эластичной муфты;

ДГФ — дизель-генератор фланцевый, генератор которого крепится к дизелю при помощи фланца и может иметь один-два щита;

ДГМ — дизель-генератор маховичный; генератор в этом случае имеет один подшипник со стороны, противоположной дизелю, а его вал жестко соединен с коленчатым валом.

Турбогенераторы по сравнению с дизель-генераторами имеют большие сроки службы и надежность. Вращаются они равномерно, поэтому параллельная работа турбогенераторов более устойчива, чем дизель-генераторов. Вместе с тем они менее экономичны, перед пуском турбину необходимо сравнительно долго прогревать, а в случае аварии котельной установки судно оказывается обесточенным. Турбогенераторы в основном имеют рамное исполнение и турбина соединяется с генератором непосредственно, либо через редуктор (табл. 2 и 3).

Табл. 3. Технические данные некоторых отечественных турбогенераторов

В последнее время на судах начали применять газовые турбогенераторы, которые соединяют в себе достоинства паровой турбины и дизеля. Газовые турбогенераторы имеют небольшие массу и габариты, приходящиеся на единицу мощности установки. Они надежны в работе, быстро запускаются и имеют сравнительно большой срок службы (10 000 ч). В то же время газовые турбогенераторы имеют большую шумность, большой удельный расход топлива и другие недостатки, которые сдерживают широкое их применение на судах.

Основные требования Правил Регистра, предъявляемые к первичным двигателям генераторов:

номинальная частота вращения должна отличаться от критической первичного двигателя не менее чем на 20%;
первичные двигатели генераторных агрегатов, работающих параллельно, должны иметь тождественные механические характеристики;
регуляторы частоты вращения первичных двигателей при набросах и сбросах полной нагрузки должны обеспечивать автоматическое поддержание номинальной частоты вращения в следующих пределах: мгновенное изменение — не более 10% номинального значения;
установившаяся частота вращения не должна отличаться от номинальной более чем на 5%;
время достижения новой установившейся частоты вращения — не более 5 с;
конструкция регуляторов первичных двигателей должна предусматривать возможность дистанционного изменения частоты вращения в пределах ±10% номинального значения;
если первичный двигатель, кроме основного регулятора частоты вращения, имеет предельный регулятор, то последний должен автоматически прекращать подачу пара (топлива) при увеличении частоты вращения на 15% выше номинальной;
турбогенераторы с принудительной смазкой должны выполняться таким образом, чтобы в случае падения давления в системе смазки турбина останавливалась, а генератор отключался от шин распределительного щита.

Судовые генераторы. В качестве генераторов судовых электростанций используют генераторы как постоянного, так и переменного тока. Генераторы постоянного тока параллельного возбуждения должны иметь автоматические регуляторы напряжения, обеспечивающие стабилизацию напряжения с точностью ±2,5% номинального значения. Однако на электростанциях постоянного тока обычно применяют генераторы смешанного возбуждения (компаундные). Саморегулирование напряжения выполняется с помощью обмотки возбуждения в зависимости от тока нагрузки без каких-либо внешних регулирующих устройств.

Согласно Правилам Регистра изменение напряжения генераторов смешанного возбуждения при изменении нагрузки от 20 до 100% номинального значения не должно превышать 5% для генераторов мощностью включительно до 15 кВт, 4% — от 15 до 50 кВт, 3% —свыше 50 кВт.

На судах наибольшее распространение получили генераторы постоянного тока серии П. Они изготавливаются на мощности от 3 до 200 кВт, напряжением 115, 230, 320 и 460 В, имеют теплостойкую стеклослюдяную изоляцию и выполняются в брызгозащищенном исполнении.

В качестве генераторов переменного тока в судовых электростанциях, как правило, используют синхронные генераторы. Наибольшее распространение получили такие серии синхронных генераторов, как МС, МСК, МСС, ГСС (табл. 4). Генераторы МС имеют машинный возбудитель, а остальные, указанные в табл. 4, генераторы являются самовозбуждающимися.

Табл. 4. Основные данные ССГ

Напряжение и частота генераторов переменною тока при изменении нагрузки и ее характера (cos ф) изменяются в значительных пределах. Поэтому первичный двигатель генераторного агрегата снабжают регулятором частоты вращения, а синхронный генератор — регулятором напряжения.

Судовые синхронные генераторы (ССГ) чаще всего изготавливают в брызгозащищенном исполнении. Они могут иметь разомкнутую или замкнутую систему охлаждения. Разомкнутая система охлаждения генератора, в свою очередь, может быть с самовентиляцией, когда вентилятор является частью машины, и с независимым охлаждением, когда вентилятор размещается вне машины. При разомкнутой системе охлаждения через генератор проходит воздух, поступающий из окружающей среды. Этот воздух загрязнен и содержит значительный процент паров нефтепродуктов, что приводит к загрязнению, ухудшению вентиляции и, следовательно, нагреву генератора. Кроме того, при этом быстро разрушается электроизоляция обмоток генератора. Поэтому для устранения указанных недостатков в настоящее время в генераторах (например, типы МСК: М — морской, С — синхронный, К — кремнийорганическая изоляция) применяют систему охлаждения по замкнутому циклу с охлаждением воздуха в водяном воздухоохладителе. Воздухоохладитель состоит из батареи ребристых трубок, через которые прокачивается забортная вода. При этой системе охлаждения исключается попадание внутрь генератора паров нефтепродуктов и пыли. Недостатком замкнутой системы охлаждения генераторов является усложнение конструкции генератора и увеличение его стоимости.

Согласно Правилам Регистра у судовых генераторов переменного тока напряжение должно поддерживаться в пределах ±2,5% номинального значения. Генератор должен иметь резерв по возбуждению, чтобы в случае его перегрузки током, равным 150% номинального значения при cos ф = 0,6, в течение 2мин поддерживалось номинальное напряжение с точностью 10%.

Напряжение генератора переменного тока, работающего в нормальном эксплуатационном режиме, не должно снижаться ниже 85% и повышаться выше 120% номинального значения при внезапном изменении симметричной нагрузки. По окончании переходного процесса напряжение генератора должно в течение не более 1,5 с восстанавливаться в пределах ±3% номинального значения.

В общем судовые генераторы постоянного и переменного тока должны иметь минимальную массу и габариты; обладать высокой надежностью в работе; обеспечивать получение электроэнергии требуемого качества, т. е. они должны поддерживать напряжение, а в случае переменного тока и частоту, в заданных пределах во всех режимах работы; иметь высокий к. п.д.; быть удобными в эксплуатации; быть готовыми работать в специфических морских условиях и т. д.

В настоящее время уделяется большое внимание разработке и исследованию новых способов прямого получения электроэнергии из тепловой или химической энергии топлива. Для судовой электроэнергетики в этом плане практический интерес могут представить электрохимические, термоэмиссионные, термоэлектрические и магнитогидродинамические генераторы.

Генераторные агрегаты являются важнейшими элементами судовых электрических станций, поэтому вопросу их эксплуатации должно уделяться особое внимание.

Исправное состояние электрических генераторов, работающих с номинальной нагрузкой при номинальных значениях напряжения и частоты вращения, характеризуется: нормальным нагревом генератора и отдельных его частей; отсутствием искрения под щетками; нормальным сопротивлением изоляции всех его токоведущих частей; допустимой нормой вибрации его корпуса.

Чрезмерный нагрев генераторов приводит к порче электрической изоляции его обмоток и токоведущих частей, вследствие чего может возникнуть КЗ. Поэтому в процессе эксплуатации обслуживающий персонал должен постоянно следить за температурой нагрева генераторов. При недопустимом нагреве генератора его следует немедленно вывести из работы и устранить причину этого ненормального состояния. Температуру корпуса генератора и отдельных его частей можно измерить термометром, шарик которого обернут станиолем. Термометр прикладывают к наружной части генератора и прикрывают снаружи ватой.

В связи с внедрением на судах комплексно-автоматизированных электростанций, датчики температуры помещают в отдельные важнейшие части генератора. Например, использование термопар в обмотках статора генератора и вывод соответствующих показаний температур (с аварийной сигнализацией) на дисплей центрального поста управления, значительно упрощает мониторинг температур обмоток статора.

Допустимая температура нагрева генератора зависит от класса изоляции его токоведущих частей.

Все судовые электрические машины в соответствии с Правилами Регистра должны работать в продолжительном режиме при номинальной нагрузке практически без искрения, т. е. при классе коммутации от 1 до 1х1/4 (табл. 5).

Таблица 5. Шкала искрения электрических машин

Во время эксплуатации необходимо следить за правильной установкой щеткодержателей и щеток, а также за состоянием поверхности колец и коллекторов.

Щетки должны прилегать к кольцам или коллектору всей рабочей поверхностью. Величина давления на щетки указывается в инструкции, обычно она лежит в пределах 1,5—2,3 Н/см 2 .

Проверить давление на щетки можно динамометром. Кольца генераторов переменного тока прирабатываются неодинаково. На отрицательном кольце образуются полоски пористого материала, и оно имеет шероховатую поверхность. Объясняется это переносом материала контактного кольца в щетку и электрохимическим процессом в месте контакта щетки и кольца под действием атмосферной влаги. Поэтому в процессе эксплуатации требуется периодически менять полярность колец путем переключения концов возбуждения на щеткодержателях или в коробке выводов.

Контактные кольца и коллекторы следует ежедневно протирать сухой суконной ветошью и только в случае сильного загрязнения — ветошью, смоченной спиртом. Кольца и коллекторы после промывки нужно насухо протереть сухой ветошью. При нарушении поверхности колец и коллекторов их шлифуют специальным пемзовым камнем либо стеклянной бумагой.

Износ щеток зависит от ухода за ними, условий охлаждения, материала контактных колец, плотности тока и частоты вращения. Характеристики некоторых щеток приведены в табл. 6.

Таблица 6. Основные технические характеристики щеток

Примечания: 1. Переходное падение напряжения указано при рекомендуемой плотности тока. 2. При работе электрических машин в условиях повышенной вибрации и больших частотах вращения (свыше 1500 об/мин) удельное нажатие на щетку может быть повышено до 0,5 кгс/см 2 .

Проверить давление на щетки можно динамометром. Кольца генераторов переменного тока прирабатываются неодинаково. На отрицательном кольце обр.

Качество изоляции обмоток и токоведущих частей генераторов имеет важное значение в обеспечении безаварийной работы судовой электростанции. Судовые генераторы имеют в основном изоляцию классов В, F и Н с предельно допустимыми температурами соответственно 130, 155 и 180°С.

Величина сопротивления изоляции понижается при воздействии на нее влаги, масла, пыли, повышенных температур, вибрации и других факторов. Поэтому генераторы в процессе эксплуатации нужно периодически чистить, а если обмотки загрязнены маслом или топливом, то при чистке необходимо пользоваться моющими средствами. Для промывки обмоток генераторов применяют бензин, смесь авиационного топлива ТС-1 и фреона 113 в соотношении 4:1, смесь бензина со спиртом (20% бензина и 80% спирта), уайт-спирит и другие моющие средства.

Контроль сопротивления изоляции обмоток и токоведущих частей генератора осуществляют с помощью переносного мегомметра. Нормальным считается сопротивление изоляции, равное 2 МОм в горячем и 5МОм в холодном состоянии генератора. Согласно Правилам Регистра наименьшее допустимое значение сопротивления изоляции 0,7 МОм.

Вибрация генератора нарушает нормальную работу его щеточного аппарата и приводит к механическим повреждениям. Правилами Регистра оговорена допустимая для судовых генераторов вибрация.

В настоящее время на судах применяют в основном синхронные генераторы с самовозбуждением (табл. 7).

3.2.2.Системы возбуждения СГ

Рисунок 3.1. Принципиальные схемы систем возбуждения СГ:

а ) – с независимым; б ) – с самовозбуждением; в ) бесщёточный.

3.2.3. Техническое обслуживание

При проектировании электростанций современных судов одной из основных задач является правильный выбор количества и мощности генераторов.

При завышении мощности судовой электростанции увеличиваются ее стоимость, масса, расход топлива и занимаемая площадь.

Занижение мощности электростанции создает эксплуатационные трудности в обеспечении потребителей электроэнергией и может привести к аварийной ситуации. Поэтому число и мощность генераторных агрегатов электростанции должно быть таким, чтобы они при полной загрузке обеспечивали потребителей электроэнергией во всех режимах работы судна с высокой надежностью и экономической эффективностью.

Наглядное представление о характере изменения загрузки электростанции дают графики нагрузки, представляющие собой диаграммы изменения нагрузки во времени. Различают суточные, рейсовые и годовые графики нагрузки. Если графики показывают изменение нагрузки на выводах потребителей, то их называют графиками нагрузок потребителей. Кроме того, для электростанций на переменном токе различают графики активной реактивной нагрузок.

Согласно Правилам Регистра на каждом судне должно быть установлено не менее двух основных источников электроэнергии.

Выбор количества и мощности основных генераторов должен производиться с учетом следующих основных режимов работы судна: ходового, маневрового и аварийного при работе основных генераторных агрегатов.

Перечисленные режимы работы судна рекомендованы Регистром для различных судов, однако в некоторых случаях они могут видоизменяться и дополняться.

В настоящее время имеется несколько методов расчета СЭС; наиболее распространен табличный, являющийся наглядным и универсальным.

Таблицу нагрузок электростанции составляют для каждого режима работы судна и заполняют следующим образом (табл. 1).

В графу 1 таблицы вносят наименование всех потребителей электроэнергии, предварительно разбитых, в зависимости от их назначения, на группы.

В графе 2 указывают количество потребителей n данного типа.

В графах 3, 4 и 5 указывают соответственно номинальные единичную установленную мощность Рн, к. п. д. ηн и коэффициент мощности cos фн потребителей (двигателей), рассчитанных и выбранных по каталогу.

В графах 6 и 7 проставляют соответственно единичную и суммарную потребляемые мощности потребителей. Единичная активная потребляемая из сети мощность определяется по формуле:

Суммарная потребляемая мощность одноименных (одинаковых) потребителей:

Потребность в электроэнергии в каждом режиме работы судна определяют по таблице нагрузок электростанции с учетом коэффициентов одновременности работы потребителей СЭС и коэффициентов загрузки потребителей.

Коэффициент одновременности Ко в общем случае определяют как частное от деления фактически потребляемой данными потребителями мощности к их суммарной номинальной потребляемой мощности. Применительно к одноименным потребителям этот коэффициент определяют как отношение числа работающих в данном режиме nр к общему числу потребителей n, установленных на судне:

Следовательно, если на судне установлено два одноименных потребителя, из которых в данном режиме работает только один, то kо = 0,5.

Таблица 1. Электрические нагрузки генераторов электростанции переменного тока

В практике расчета судовых электростанций различают коэффициенты одновременности работы: одноименных потребителей; потребителей в режимах.

Коэффициент загрузки k_з потребителя определяют как отношение действительно потребляемой им мощности Р_д в рассматриваемом режиме к его номинальной (установленной) мощности:

В различных режимах работы судна коэффициенты одновременности и загрузки потребителей электроэнергии имеют разные значения. Поэтому значения этих коэффициентов определяют для каждого режима и проставляют в соответствующие графы. В частности, для ходового режима эти коэффициенты проставляют соответственно в графы 8 и 9.

Рис. 1. Зависимость коэффициента мощности асинхронных короткозамкнутых электродвигателей от коэффициента загрузки

В графе 11 записывают действительную активную мощность (в кВт), потребляемую одинаковыми потребителями в данном режиме:

Коэффициент мощности cos ф и к. п. д. η электродвигателей зависят от его загрузки. Однако изменением к. п. д. можно пренебречь, так как оно незначительно для судовых электродвигателей с k_з не ниже 0,5; значение cos ф определяют для не полностью загруженных электродвигателей и проставляют в графе 10.

Если отсутствуют графики зависимости cos ф от k_з используемых электродвигателей, то можно воспользоваться ориентировочными зависимостями cos ф (рис. 1) от нагрузки электродвигателей мощностью более 10 кВт (кривая 1) и до 10 кВт (кривая 2).

Зная действительную активную мощность, определяют и записывают в графу 12 реактивную мощность Q (в кВАр), потребляемую одинаковыми потребителями в данном режиме:

Величину tg ф находят по известному значению cos ф для данного режима, приведенному в графе 10.

Аналогичным образом заполняют графы всех режимов работы судна, включенных в таблицу нагрузок генераторов электростанции. Причем, мощности кратковременно (эпизодически) работающих потребителей в графах таблицы берут в скобки и учитывают в дальнейшем особо.

В конце таблицы (строка I) в соответствующих графах для каждого режима работы судна записывают суммарные активную ∑P и реактивную ∑Q мощности, потребляемые в данном режиме всеми потребителями, кроме работающих кратковременно. В строке IV в тех же графах каждого режима в скобках записывают суммарную активную мощность ∑P' всех потребителей, включая работающие кратковременно.

Не все потребители, которые могут работать в данном режиме, работают одновременно, поэтому вводят коэффициенты одновременности работы потребителей в режимах k_ор. Эти коэффициенты учитывают несовпадение наибольших нагрузок потребителей во времени. Опыт проектирования и эксплуатации электростанций показывает, что величина этого коэффициента колеблется в пределах 0,6—1. Большие значения коэффициента одновременности соответствуют более напряженным режимам работы судна. На малых судах с небольшим числом потребителей вероятность совпадения их наибольших нагрузок увеличивается, поэтому коэффициенты одновременности по режимам принимают большими.

При учете кратковременно работающих потребителей коэффициенты одновременности в режимах k_ор' принимают меньшими, чем без них k_ор.

Задавшись указанными коэффициентами одновременности для всех режимов, находят данные для заполнения строк II и V таблицы:

Для учета потерь в судовой электрической цепи значения суммарных потребляемых мощностей увеличивают на 5%. Математически это можно выразить введением в выражения коэффициента k_п = 1,05, учитывающего потери в цепи:

Полученные результаты записывают в строках III и VI таблицы.

Далее определяют средневзвешенный коэффициент мощности для каждого режима и записывают в строке VII таблицы в соответствующие графы:

где S — полная потребляемая мощность, кВА.

По величине cos ф ср.вз. можно судить о степени загрузки генераторов реактивной мощностью. Он обычно больше номинального коэффициента мощности генераторов, поэтому выбор числа и мощности генераторов судовых электростанций производят по расчетной суммарной активности потребляемой мощности Ррасч.

Если cos ф ср.вз. по величине меньше номинального коэффициента мощности генераторов, то выбирать генераторы надо по полной потребляемой мощности.

Единичную мощность генераторных агрегатов обычно выбирают по режимам с минимальной расчетной суммарной потребляемой мощностью.

Общее количество генераторов определяют по режимам с максимальной расчетной суммарной потребляемой мощностью. Причем, вначале выбирают основные, а затем резервные генераторы.

При выборе генераторов необходимо учитывать следующие соображения:

генераторные агрегаты по возможности должны быть однотипными и одинаковой мощности, что в значительной степени облегчает их эксплуатацию;
загрузка генераторных агрегатов во всех режимах работы судна должна быть в пределах 70—80% номинальной мощности, что приводит к рациональному использованию моторесурса первичных двигателей и генераторов, а также к повышению их к. п. д.;
величина мощности резервного генераторного агрегата должна быть такой, чтобы он мог заменить любой вышедший из строя основной генератор;
желательно, чтобы запас мощности генераторов во всех режимах работы судна был не менее 10—20% на случай дополнительной установки потребителей электроэнергии.

На ряде судов могут устанавливаться стояночные генераторные агрегаты. Кроме основных, резервных и стояночных генераторных агрегатов, на судах часто устанавливают аварийные генераторы.

Для того чтобы определить, смогут ли выбранные генераторы за счет резерва мощности и перегрузочной способности обеспечить питанием и кратковременно работающие потребители, сравнивают мощности генераторов с расчетными мощностями. Если проверка даст отрицательный результат, то приходится выбирать генераторы большей мощности.

Если на судне используют валогенераторы и утилизационные турбогенераторы, то их учитывают в таблице нагрузок для ходового режима работы судна.

В последней строке таблицы нагрузок генераторов СЭС записывают окончательно выбранное количество и мощность генераторных агрегатов с указанием их основных параметров и типа первичных двигателей.

Таблица нагрузок электростанции постоянного тока отличается от рассмотренной отсутствием в ней граф для коэффициентов мощности и реактивной мощности.

Рассмотренный метод наряду с несомненными достоинствами имеет и определенные недостатки. Самым существенным из них является отсутствие строгой методики выбора коэффициентов одновременности и загрузки. Поэтому для выбора этих коэффициентов пользуются накопленным опытом эксплуатации подобного типа судов и статистическими данными.

Статистические исследования показали, что загрузка электростанции в ходовом режиме зависит от мощности главной силовой установки, а в режиме стоянки судна — от его водоизмещения. На основании этих исследований составлены формулы я определения мощности судовой электростанции в отдельных режимах работы некоторых типов судов.

Автор статьи

Куприянов Денис Юрьевич

Юрист частного права

Страница автора

Читайте также: