Druhy a typy pohonných systémů
TÉMA 1. OBECNÉ INFORMACE A POJMY O ELEKTRICKÝCH JEDNOTKÁCH VRTULE
Lodní elektrárny se skládají ze zdroje energie umístěného na lodi, převodového mechanismu a mechanického pohonného zařízení, které převádí mechanickou rotační energii na energii translačního pohybu lodi.
Zdroje energie na lodích jsou hlavně tepelné motory - diesely a parní nebo plynové turbíny. V nich se palivová energie nebo tepelná energie přeměňují na mechanickou energii.
Přenos energie z tepelných motorů na lodní vrtule může být mechanický, hydraulický nebo elektrický.
Zařízení s elektrickým přenosem energie na vrtule se nazývají vrtulové elektrické instalace - GEM.
Spolehlivým a ekonomickým pohonným systémem jsou instalace, které zahrnují nízkorychlostní (nízkorychlostní) dieselové motory 1 (obrázek 1.1) připojené přímo k hnacím hřídelům, na kterých jsou umístěny vrtule. Přítlačná síla vyvíjená vrtulí 3 se přenáší na trup lodi prostřednictvím přítlačného ložiska 2.
Obrázek 1.1. Dieselový veslovací trenažér
Na lodích s vysokovýkonnými elektrárnami a na vysokorychlostních vložkách pro cestující jsou vrtule 3 poháněny do rotace parními turbínami 1 s redukčními převody 4 (obrázek 1.2). Nazývají se turbopřevodovky (TZA).
Obrázek 1.2. Veslovací zařízení s parní turbínou
Na lodích s jadernými elektrárnami se tepelná energie z jaderných reaktorů přeměňuje na mechanickou energii také pomocí tepelných strojů - parních nebo plynových turbín. Jaderné elektrárny (NPP) jsou mnohem komplikovanější než jiné elektrárny, mají vysoký stupeň automatizace a vyžadují více kvalifikovaný servisní personál. Použití jaderných elektráren je u velkokapacitních tankerů a ledoborců oprávněné, protože současně se zvyšuje užitečný objem, snižuje se autonomie navigace a odstávky potřebné pro doplňování paliva.
Veslovací elektrické instalace (GEM) se skládají z tepelných motorů 1 (obrázek 1.3), které pracují na generátorech 2, konstantních nebo střídavý proud 2 je elektrická energie generátorů dodávána do pohonných motorů 3 prostřednictvím ovládacího panelu 4.
Obrázek 1.3. Schéma elektrického pohonného systému
Vrtulové motory jsou spojeny s vrtulemi (nejčastěji s vrtulemi).
Také v obvodu elektrárny je budicí systém 5. Řídicí stanoviště elektrárny 6 je určeno k ovládání okruhu elektrárny ručním nebo automatizované řízení 7.
Elektrárna může snížit hluk, často změnit rychlost a směr pohybu a elektrárnu lze také použít k napájení dalších lodních mechanismů.
1.3. Požadavky na elektrárnu. Výhody a nevýhody elektrárny.
Elektrárna, stejně jako veškeré lodní vybavení, musí mít vysokou spolehlivost a spolehlivost, stejně jako jednoduché zařízení a musí být bezpečné pro údržbu. Elektrárna by neměla úplně selhat a způsobit zastavení lodi v případě poškození jednoho tepelného motoru, generátoru, elektrického motoru nebo jejich řídicího systému.
Výhody GEM ve srovnání s jinými typy přenosu:
Pro elektrárnu se používají tepelné motory s vysokou rychlostí otáčení, což snižuje hmotnost.
Chybějící přímé spojení hřídele tepelného motoru s kloubovým hřídelem umožňuje optimalizovat režim provozu a rozměry lodní pohonné jednotky a zmenšit délku spojovacích hřídelí.
V nouzových situacích je možné přepínat generátory a vrtulové motory (GED), aby plavidlo zůstalo v chodu.
Snadná kontrola ve srovnání s jinými typy přenosu;
Vysoká účinnost při nízkém a středním pojezdu;
V dieselelektrických elektrárnách lze použít metodu agregátních oprav (každou jednotku opravují současně vlastní odborníci).
Aplikace elektrárny eliminuje přenos vibrací a rázů vrtule na tepelné motory
Spolu s výhodami elektrárny existují také nevýhody:
1. - Při elektrickém přenosu se v generátorech a energetických jednotkách objevují další ztráty, které snižují účinnost - 5–8%
2.- Aplikace elektrárny bez automatické ovládání vyžaduje zvýšení servisního personálu.
3.- Elektrárny zvýšily provozní náklady, ale to je často vyváženo zvýšením užitečného zatížení.
Elektrárny, ve kterých se energie z hlavních motorů přenáší na vrtule pomocí přenosu energie, se obvykle nazývají vrtulové elektrické elektrárny (GEM).
Elektrický přenos umožňuje zajistit splnění jednoho z hlavních požadavků na elektrárnu na ledoborec - zachování stálosti hlavního výkonu motoru při změně točivého momentu vrtule.
1. Klasifikace Gau
Veslovací elektrické instalace (GEM) lze klasifikovat následovně
známky:
podle povahy proudu - střídavý, stejnosměrný a střídavý-stejnosměrný proud (dvojitý
určitý druh proudu);
2. podle typu hnacího stroje - dieselelektrický, turboelektrický a plynový turbínový elektrický;
3. podle řídicího systému - s ručním ovládáním a s automatickým ovládáním
4. způsobem připojení motoru vrtule k vrtule - přímým připojením
a s ozubeným spojem.
V elektrických pohonných systémech stejnosměrný proud jako hlavní
používají se generátory s nezávislým buzením a motory s nezávislým buzením se používají jako pohonné elektromotory.
Při veslování elektrických instalací střídavého proudu jako hlavních generátorů
používají se synchronní stroje a jako vrtulové motory - synchronní nebo asynchronní.
Nástup výkonných řízených polovodičových usměrňovačů vedl k vytvoření elektrárny AC-DC (dvojitý druh proudu).
Výhody AC-DC elektrárny jsou:
1. vysoká spolehlivost a účinnost synchronních generátorů;
2. hladká a ekonomická regulace otáček motoru vrtule
tělo řízené usměrňovačem;
3. Možnost napájení všech spotřebitelů lodí z hlavních generátorů (jedna střídavá elektrárna).
2. Gau DC
2.1. Základní informace
Elektrické pohonné systémy stejnosměrného proudu, ve kterých pohonné motory a generátory, které je dodávají, jsou stejnosměrné elektrické stroje, se liší
jsou jednoduchost, pohodlí a plynulá regulace frekvence otáčení vrtule v širokém rozsahu jejich zatěžovacích momentů.
Stejnosměrné elektrárny se používají v instalacích s nízkým a středním výkonem na lodích s vysokou manévrovatelností. Stanoví se omezení výkonu stejnosměrné elektrárny
je to způsobeno tím, že vytváření vysoce výkonných elektrických strojů na stejnosměrný proud je obtížnější než na střídavý proud.
2.2. Schémata pro zapnutí generátorů a vrtulových motorů pro stejnosměrné elektrárny
V elektrárně na stejnosměrný proud se používá řada variant základních schémat pro zapnutí generátorů a vrtulových elektromotorů. Některé z nich jsou znázorněny na obr.
Obr. 14.1. Schémata zapojení generátorů a motorů ve stejnosměrné elektrárně
Schéma s sekvenční zařazenígenerátory a armatura motoru (obr. 14.1, a) umožňují získat zvýšené napájecí napětí do motoru, protože napětí
generátory se sčítají při jmenovitém proudu generátoru.
Pokud je například napětí generátoru 600 V, bude do motoru dodáváno 1200 V.
mezi libovolnými dvěma body hlavního proudového obvodu GEM.
V elektrárně se sériovým připojením generátorů je nebezpečná nouzová situace možná, pokud některý z hnacích strojů ztratí přívod paliva, například v důsledku zablokování naftového palivového čerpadla.
Současně generátorem stále protéká proud hlavního obvodu. Na hřídeli generátoru se vytvoří velký negativní moment, který zastaví nouzový primární motor.
a začne jej otáčet v opačném směru, což povede k velkému poškození vznětového motoru. Tato situace by měla být rychle detekována vhodnými senzory (často
rotace, tlak vody, tlak oleje), které vydávají signál nouzového zastavení a obojí
de-buzení generátoru je slinováno.
Schéma s paralelní připojení generátory (Obrázek 14.1, b) poskytuje pohodlí
při zapínání a vypínání jednotlivých generátorů.
Pokud jsou generátory instalovány na jedné hřídeli, zajistí rovnoměrnost jejich zatížení
je relativně jednoduchý. Pokud mají generátory různé hnací ústrojí, pak se rovnoměrného rozložení zátěže dosáhne dalšími opatřeními, například zavedením příčných vazeb mezi po sobě jdoucími vinutími pole.
Na obr. 14.1, c ukazuje příklad jednookruhové elektrárny se sériovým připojením čtyř generátorů a dvou motorů. Toto uspořádání, ve kterém se střídá dvojice generátorů a jeden motor, umožňuje snížit napětí mezi libovolnými dvěma body v obvodu na dvojnásobek napětí jednoho generátoru, čímž se zvyšuje bezpečnost.
údržba elektrárny.
GEM takového složení generátorů a GED může mít také dvouokruhovou strukturu: každý elektromotor je napájen vlastní dvojicí sériově (nebo paralelně) spojených generátorů. Dva okruhy elektrárny zajišťují větší spolehlivost instalace jako celku.
MINISTERSTVO VZDĚLÁVÁNÍ A VĚDY RUSKÉ FEDERACE
FEDERÁLNÍ STÁTNÍ ROZPOČTOVÝ VZDĚLÁVACÍ ÚSTAV VYSOKÉHO ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ
„JIŽNÍ RUSKÝ STÁT
TECHNICKÁ UNIVERZITA
(NOVOCHERKASSKÝ POLYTECHNICKÝ ÚSTAV) ""
PRACOVNÍ PROGRAM
v oboru „Veslovací elektrické instalace“,
pro směr:140400 ELEKTRINA A ELEKTROTECHNIKA (BSc)
pro profily:
Novočerkassk 2011
MINISTERSTVO VZDĚLÁVÁNÍ A VĚDY RUSKÉ FEDERACE
________________________________________
„Jiho-ruská státní technická univerzita
(Novocherkassk Polytechnic Institute) "
SCHVÁLENÝ
Prorektor pro OD
(pozice, příjmení, iniciály)
„___“ ___________________ 2011
PRACOVNÍ PROGRAM
(B 3.2.8) Veslovací elektrické instalace
(název oboru)
Směr tréninku:140400 "ELEKTRICKÁ ENERGETIKA A ELEKTROTECHNIKA"
Profily zajišťování:
Č. 14. "Elektrické zařízení a automatizace lodí".
Elektromechanická fakulta
oddělení „Elektrický pohon a automatizace“
Kurz _3__________________________________________________________________
Semestr _7 ________________________________________________________
Přednášky __18___ (hodiny) | Zkouška__7___ (semestr) 36 hodin 1 ZET Ofset __-___ (semestr) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Praktický (seminář) ___36 __ (hodiny) | Celková samostatná práce __72__ (hodiny), z toho: plánovaná práce ______ (hodiny) 2. DISTRIBUCE TÉMAT, HODIN TŘÍD PODLE MODULŮ A SEMESTRŮ https://pandia.ru/text/78/089/images/image004_151.gif "width \u003d" 643 "height \u003d" 295 src \u003d "\u003e Obr. 1. Modulární disciplína
7 SEMESTRŮ 3.1.1. Název témat přednášek, jejich obsah a objem v hodináchTéma 1. Úvod (2 hodiny, USA - 1, PC-14,15,16). Předmět předmětu, jeho vztah k ostatním disciplínám učiva a význam při výcviku inženýrů v této specializaci. Krátký příběh vývoj elektráren a jejich současný stav. Část literatury 4 Téma 2. Уstruktura GEM (4 hodiny, USA - 2, PK-14,15,16). Odolnost proti pohybu lodi. Síly působící na loď, jejich fyzická podstata. Složky odporových sil, jejich závislost na rychlosti pohybu a další faktory. Tažná síla. Pohon lodí. Princip lodního pohonného systému. Zastavovací síla a účinnost ideálního pohonného zařízení. Druhy lodních vrtulí. Hlavním typem vrtule je vrtule, její geometrie, princip činnosti a vlastnosti. Modelování charakteristik vrtule. Obrácení vrtule a její provoz v režimu hydraulické turbíny. Interakce šroubu s ledem. Hlavní typy pohonných systémů. Vlastnosti a základní prvky elektrárny. Vlastnosti zařízení GEM odlišné typy: konstantní, střídavý-přímý, střídavý proud, jejich technické a ekonomické ukazatele. |
Automatické veslování
Elektrické instalace
Poznámky k výuce
pro studenty oboru 7.07010404
„Provoz lodního elektrického zařízení a automatizačního zařízení“
prezenční a kombinované formy studia
Kerch, 2011
Recenzent: Dvořák N.M., Ph.D., docent katedry KGMTU.
Poznámky k přednášce přezkoumány a schváleny na schůzi
oddělení ESiAP KGMTU, protokol č. 2 ze dne 18.10.2011
na zasedání metodické komise Ministerstva financí KGMTU,
zápis č. 2 ze dne 1. prosince 2011
- Kerch State Marine
university of Technology, 2011
| Úvod | |
| 1 Veslovací elektrické instalace (GEM) | |
| 1.1 Účel a typy elektráren | |
| 1.2 Odolnost vody a vzduchu proti pohybu plavidla | |
| 1.3 Pohon lodi | |
| 1.4 Výkon vrtule | |
| 1.5 Reverzibilní charakteristika vrtule | |
| 2. Volba hlavních parametrů elektrárny. Výběr typu elektrárny | |
| 2.1 Volba typu proudu, napětí, frekvence | |
| 3 Volba počtu a výkonu vrtulových motorů | |
| 3.1 Postup výpočtu výkonu na hřídeli motoru vrtule | |
| 4 Výběr hlavních generátorů | |
| 4.1 Požadavky na kvalitu elektřiny v elektrárně | |
| 4.2 Příklad výpočtu výkonu elektrárny a hlavních generátorů | |
| 5 Veslovací elektromotory, generátory a měniče proudu a frekvence ventilů | |
| 5.1 Obecná ustanovení | |
| 5.2 Budiče generátorů a GED | |
| 5,3 GEM DC | |
| 5.3.1 Struktura GEM a obvod hlavního proudu | |
| 5.3.2 Ekonomické a nouzové režimy | |
| 5.3.3 Systém buzení GEM | |
| 5.3.3.1 Obvod generátor-motor (G-D) s budičem o třech vinutích | |
| 5.3.3.2 Systém G-D s automatickým řízením výkonu | |
| 5.3.3.3 Regulace výkonu změnou magnetického toku hydroelektrického motoru | |
| 5.3.3.4 Ochrana DC GEM | |
| 5.3.3.5 Regulace výkonu změnou magnetického toku hydroelektrického motoru | |
| 5.3.4 Ochrana DC GEM | |
| 5.3.4.1 Ochrana hlavních vznětových motorů před neúmyslným couváním | |
| 5.3.4.2 Spuštění a couvání HPE | |
| 5,4 GEM střídavého proudu | |
| 5.4.1 Vlastnosti provozu a obvodu hlavního proudu GEM | |
| 5.4.2 DEGU | |
| 5.4.3 Paralelní provoz synchronních generátorů | |
| 5.4.3.1 Samosynchronizace | |
| 5.4.3.2 Sdílení zátěže | |
| 5.4.4 Typy vrtulových motorů | |
| 5.4.5 Asynchronní synchronizované stroje | |
| 5.4.6 Asynchronní ventilová kaskáda (AVK) | |
| 5.4.7 Elektromechanická kaskáda | |
| 5.4.8 Elektrické stroje s vodním chlazením | |
| 6 Nové zdroje elektřiny | |
| 6.1 Magnetohydrodynamické generátory | |
| 6.2 Elektrochemické generátory (ECH) | |
| 6.3 Termoelektrické generátory (TEG) | |
| 7 režimů provozu elektrárny na střídavý proud. Provoz s jedním hřídelem TEGU | |
| 7.1 Úsporný a nouzový režim | |
| 8 Ochrana GEM AC | |
| 8.1 Maximální ochrana | |
| 8.2 Podélná diferenciální ochrana | |
| 8.3 Ochrana vinutí pole proti zkratu na rám | |
| 8.4 Ochrana pohonných motorů | |
| 9 Spuštění a obrácení GED ve střídavé elektrárně | |
| 9.1 Spuštění HED | |
| 9.2 Zpětný chod HED | |
| 10 GEM dvojitého druhu proudu | |
| 11 Jednotná lodní elektrárna s DC elektrárnou na řízených ventilech | |
| 12 GEM s AC GED se statickými frekvenčními měniči | |
| 12.1 Dvoučlánkový polovodičový frekvenční měnič | |
| 12.2 Přímý polovodičový frekvenční měnič | |
| 12.3 ESE se zvýšeným střídavým napětím 800 V a DC HED | |
| 12.4 Snížení vyšších harmonických v síti lodi při použití řízených usměrňovačů a frekvenčních měničů | |
| 13 Schémata dodávek střídavé elektrárny s ESE | |
| 14 GEM moderních lodí a jejich řídicích systémů | |
| 14.1 Drahokam typu lámače ledu typu „A. Korobitsyn " | |
| 14.2 Elektrárna námořních trajektů typu „Sachalin“ | |
| 14.3 GEM lineárních ledoborců typu „Ermak“ | |
| 14.4 GEM oceánografické nádoby "Aranda" | |
| 14.5 Srovnávací analýza schémata řízení elektrárny | |
| 14,6 GEM pro rybářská plavidla | |
| 14.6.1 GEM lodí typu „třezalka tečkovaná“ | |
| 14.6.2 Trauler GEM projektu B 422 | |
| 14.6.3 GEM trawleru „Arctic Trawler“ | |
| 15 Otázky provozu elektrárny | |
| 16 Elektrická a požární bezpečnost elektrárny | |
| 17 Optimalizace provozních režimů elektrárny | |
| 17.1 GEM jako podřízený kontrolní systém | |
| 17.2 Způsob ovládání Slave s vazbou regulátoru podle zatížení | |
| 17.3 Optimalizace parametrů synchronizovaných řadičů | |
| 18 AUTOMATICKÁ KONTROLA drahokamů | |
| 18.1 Způsob a prostředky kontroly | |
| Seznam použité literatury |
Úvod
První veslovací elektrická instalace se v Rusku objevila v roce 1838. Byl to člun s lopatkovými koly plavící se po Něvě. Vynálezcem byl ruský vědec, akademik B.S. Jacobi, který k otáčení lopatkových kol používal stejnosměrný motor.
V 70. až 80. letech 19. století se v Evropě objevily první elektrické lodě. Na počátku 20. století byly v Rusku první dieselelektrické lodě „Vandal“ a „Sarmat“.
V SSSR začala stavba elektrických lodí ve 30. letech. Velká část z nich byla postavena v souvislosti s rozvojem Severomorské trasy a rozvojem rybářské flotily.
Elektrické lodě mohou splňovat nejrůznější podmínky a požadavky z hlediska provozu, konstrukce lodi a technická charakteristika„a pro některé typy plavidel jsou ledoborce, trajekty, rybářská plavidla, záchranná plavidla, remorkéry atd. nenahraditelnou veslovací elektrickou instalací.
Slibnými směry pro vývoj elektrických pohonných systémů je zavedení instalací střídavého proudu s polovodičovými frekvenčními měniči a GED s vektorovým řízením, jakož i použití hlavních strojů se supravodivými vinutími, které umožňují snížit hmotnostní a velikostní charakteristiky a použít nejlepší uspořádání elektrického zařízení ve strojovně lodi.
Tematický plán disciplíny
a rozložení doby studia podle tématu studia
Veslovací elektrické instalace (GEM)
Účel a typy elektráren
Elektrickým pohybem lodí je třeba rozumět jejich pohyb pomocí elektrická energie veslovací elektrické instalace.
GEM zahrnuje:
a) hnací síla (nafta nebo turbína);
b) hlavní generátory dodávající elektrickou energii do vrtulového motoru;
c) veslovací motor spojený s vrtulí;
d) vrtule (vrtule), která lodi dodává pohyb.
Podle typu proudu se GEM dělí na instalace stejnosměrného a střídavého proudu. Stejnosměrné elektrárny se používají na lodích, kde je vyžadována vysoká manévrovatelnost a časté obrácení vrtulového motoru (ledoborce, trajekty, velrybářské lodě atd.). Elektrárna se střídavým proudem se používá na lodích, pro které je nejdůležitější účinnost zařízení.
Podle typu primárního motoru se GEM dělí na dieselové elektrické (DEGU) a turboelektrické (TEGU). Na rybářských plavidlech se zpravidla používá DEGU.
Výkon vznětového motoru a jeho otáčky se regulují změnou množství paliva dodávaného do válce. Závislost a při maximální dodávce paliva se nazývá vnější charakteristiky (Obrázek 1.1). Podobně se závislosti získané při nižší dodávce paliva nazývají dílčí charakteristiky. Na vnějších i na dílčích charakteristikách se točivý moment téměř nezmění, když se změní rychlost nafty.
Povolené přetížení dieselového motoru je 10–15%. Dieselový motor vyvíjí jmenovité otáčky při maximálním přívodu paliva. Když 
je spuštěn regulátor limitu, který odpojí přívod paliva palivovým čerpadlem. Velké diesely mají také regulátor všech režimů, který lze nastavit na jakékoli nastavení rychlosti.
Jednotky TEGU obvykle pracují na střídavý proud, kde se vlastnost turbín používá ke změně rychlosti v širokém rozsahu pouhou změnou množství páry. Mohou být přetíženy.
Nyní se začínají používat plynové turbíny.
Podle svého účelu jsou GEM rozděleny na hlavní (nebo autonomní), pomocné a kombinované.
V hlavní elektrárně je vrtule poháněna do otáčení pouze vrtulovým motorem poháněným jejími hlavními generátory.
V pomocných elektrárnách hlavní generátory napájejí výrobní mechanismy během provozu a během přechodu pohonné motory.
V kombinovaných elektrárnách je vrtule poháněna jak hlavním motorem, tak elektromotorem, který spotřebovává volnou energii pomocných generátorů. V tomto případě se přídavný vrtulový motor používá buď k pomoci hlavnímu, nebo k samostatné práci na vrtuli při nízkých rychlostech plavidla nebo jako generátor pomocného náhonu.
Mezi výhody elektrárny patří:
a) svoboda volby na sedadle lodi;
b) možnost použití vysokorychlostních, nevratných malých vznětových motorů;
c) dobrá manévrovatelnost;
d) schopnost pracovat s neúplným počtem primárních jednotek;
e) vysoká schopnost přežití;
f) schopnost pracovat v obtížných plavebních podmínkách, kterou zajišťuje velká přetížitelnost elektrických strojů;
g) možnost použití hlavních generátorů k napájení jiných spotřebitelů;
Nevýhody GEM ve srovnání s dieselovými a turbínovými zařízeními jsou:
a) nízká účinnost v důsledku dvojité přeměny energie;
b) vysoká měrná hmotnost a náklady;
c) zvýšení počtu zaměstnanců.
Odolnost vody a vzduchu proti pohybu plavidla
Nehybně stojící nádoba ve vodě je vystavena tlakovým silám, jejichž výsledek se rovná gravitaci nádoby a směřuje proti ní (obrázek 1.2). Když se loď pohybuje, výsledné tlakové síly R se odchyluje od svislé polohy a bod jeho aplikace se posune podél DP do nosu.
Obrázek 1.2 - Schéma sil působících na loď.
Rovnováha systému nebude narušena, pokud bude těžiště plavidla O aplikovat dvě opačné síly R 1 a R2 stejné velikosti a paralelní R... Přijatá dvojice sil R a R 1vytvoří moment způsobující poruchu na zádi.
Rozšířená síla podél vzájemně kolmých os R2 tvoří složky Qa R.
Q- nazval hydrodynamickou sílu podpory.
R-voděodolnost; namířené proti pohybu plavidla.
Odolnost proti vodě R je překonána přítlačnou silou vrtule, která způsobuje tlak R. Síly viskozity vody na hranici s tělesem vytvářejí tangenciální síly R .
, (1.2)
kde je koeficient. odpor trnu hladké desky \u003d 0, 0315Rе ,
Re- Reynoldsovo číslo,
Rychlost plavidla, slečna,
L-délka plavidla podle GVL, m,
Kinetická viskozita vody při t=4 
,
Koeficient zakřivení těla, při L / B\u003d 6 \u003d 1,04, pro L / B=12 =1,01,
u svařovaných lodí koeficient drsnosti trupu lodi,
- hustota mořské vody.
Elektrárny, ve kterých se energie z hlavních motorů přenáší na vrtule pomocí přenosu energie, se obvykle nazývají vrtulové elektrické elektrárny (GEM).
Elektrický přenos umožňuje zajistit splnění jednoho z hlavních požadavků na elektrárnu ledoborce - zachování stálosti hlavního výkonu motoru při změně točivého momentu vrtule.
Nejrozšířenější jsou následující schémata elektráren:
1. S regulací magnetického toku pohonného motoru (PRM) při konstantním magnetickém toku generátoru.
2. S regulací magnetického toku hlavního generátoru při konstantním magnetickém toku GED.
3. Regulací magnetických toků generátoru i GED.
Příkladem schémat prvního typu s automatickou regulací magnetického toku hydroelektrického motoru je schéma používané na ledoborcích typu Wind (obr. 118) s použitím vysokorychlostního regulátoru typu Silverstat . Magnetický obvod tohoto regulátoru má dvě vinutí. Jeden z nich (OH) je připojen ke svorkám kotvy D GED a jeho proud je úměrný napětí kotvy. Druhé vinutí (OT) je spojeno s poklesem napětí v dalších pólech DP GED a jeho proud je úměrný proudu hlavního obvodu. Ampérové \u200b\u200botáčky vinutí OT vytvářejí magnetický tok naproti toku vytvářenému ampérovými otáčkami OH vinutí. Celkový magnetický tok obou vinutí působí na kotvu regulátoru P, který při pohybu uzavírá nebo otevírá pružinové kontakty desky připojené k úsekům reostatu Gr. Při jmenovitých hodnotách proudu a napětí GED zaujímá kotva regulátoru polohu, která zajišťuje tok jmenovitého proudu v budicím vinutí elektromotoru ATS, a tedy jmenovitou hodnotu točivého momentu .
Při náhlém zvýšení momentu odporu na vrtuli v první periodě zůstávají otáčky hřídele vrtule a napětí generátoru konstantní a proud v hlavním obvodu prudce stoupá. V poměru ke zvýšení proudu hlavního obvodu se také zvyšuje proud v proudovém vinutí regulátoru OT. Současně klesá magnetický tok v magnetickém obvodu a následně síla přitažlivosti kotvy regulátoru. Výsledkem je, že kotva vychýlí a uzavře určitý počet pružinových kontaktů, čímž obejde jednotlivé sekce reostatu. To způsobí zvýšení budicího proudu GED a odpovídajícím způsobem snížení jeho rychlosti otáčení. Energie spotřebovaná HED zůstane přibližně stejná
Obr. 118. Elektrické pohybové schéma Obr. 119. Schéma elektrického lámače ledu přerušovače větrného typu Kapitana Belousova
Příze generátoru je téměř nezměněna. Regulátor bude zvyšovat buzení, dokud proud hlavního obvodu nedosáhne jmenovité hodnoty.
S poklesem momentu odporu aplikovaného na šroub se proud hlavního obvodu snižuje. V tomto případě se demagnetizační účinek proudového vinutí z regulátoru sníží a kotva otevře určitou část pružinových kontaktů. Odpor reostatu v budicím obvodu HED se zvýší, budicí proud se sníží a rychlost otáčení se zvýší. Energie spotřebovaná GED se bude opět rovnat nominální. Použití regulátoru tedy umožňuje plně využít jmenovitý výkon zařízení ve všech režimech plavby bez přetížení primárních motorů.
Příkladem schémat druhého typu s automatickou regulací magnetického toku hlavního generátoru je schéma používané na ledoborci Kapitan Belousov. Zde je aplikován systém buzení a regulace s využitím vysokorychlostních regulátorů (obr. 119).
K napájení budících vinutí hlavních generátorů OVG se používají dvou vinutí VT budiče. Jedno z vinutí, anti-sloučenina (PKO), je připojeno k poklesu napětí v dalších pólech DP a GED. Další - řídicí vinutí OA přijímá energii z ovládacího stanoviště PU prostřednictvím vysokorychlostního regulátoru Gr. Vysokorychlostní regulátor a vinutí PKO jsou navrženy tak, aby omezovaly proud v hlavním obvodu s měnícím se momentem odporu. S nárůstem proudu v hlavním obvodu nad jmenovitým výkonem se zvyšuje činnost vinutí PKO připojeného k ovládacímu vinutí. Výsledkem je, že napětí na hlavním generátoru G klesá, a proto klesá rychlost otáčení GED, což chrání hnací ústrojí před přetížením. Rychle působící regulátor začíná pracovat při proudu větším, než je jmenovitý. Pružina regulátoru má tendenci otáčet pohyblivý kontakt Gr do polohy, ve které bude buzení generátoru největší. Vinutí regulátoru je připojeno k úbytku napětí v dalších pólech GED, a proto protéká proudem úměrným proudu hlavního obvodu. Za přítomnosti proudu v hlavním obvodu působí na kotvu regulátoru Yar točivý moment, který je v protikladu momentem pružiny. Když proud hlavního obvodu dosáhne hodnoty, na kterou je regulátor naladěn, okamžik vytvořený proudovou cívkou překročí okamžik pružiny, v důsledku čehož se pohyblivé kontakty začnou pohybovat, čímž se do odporu vnáší další odpor. vinutí operačního zesilovače. Proud ve vinutí operačního zesilovače se sníží; napětí generátoru se také sníží. Tento proces se zastaví, jakmile pokles napětí na dalších pólech motoru vrtule dosáhne hodnoty odpovídající jmenovitému zatěžovacímu proudu.
Nevýhodou regulátorů je pomalá rychlost odezvy, která nezajišťuje udržení stability proudu hlavního obvodu, když ledové kryhy narazí na listy vrtule, zpátečku atd.
Příkladem schémat třetího typu s automatickou regulací magnetického toku hlavních generátorů a vrtulovým motorem je schéma používané na ledoborci Murmansk. Uvažujme o bočním okruhu elektrárny tohoto ledoborce (obr. 120), přičemž věnujeme pozornost řídicímu a regulačnímu systému elektrárny.
Palubní obvod (obr. 120, a) se skládá ze dvou hlavních generátorů G, GED-D, budičů generátorů VT a motoru HP. Buzení jednotek VT a HP je zajištěno pomocí řízených (tyristorových) a nekontrolovaných (diodových) usměrňovačů, usměrňovače jsou zase napájeny z pomocné třífázové lodní sítě. Je třeba poznamenat, že protisložkové vinutí PKO pracuje pouze v nouzovém režimu, když selže tyristorové buzení generátorů. V tomto případě vinutí OVVG ^ ^ a OVVG vykonávají funkce řídicího vinutí OU a bočníku.
Obr. 120. Schéma elektrického pohonu ledovce Murmansk: a - kruhový diagram KLENOT; b - blokové schéma regulace
Budení GED se provádí následujícím způsobem: z pomocné střídavé sítě přes usměrňovač // (obr. 120, b) je hlavní budicí vinutí budiče ATS napájeno energií ^ ^ ^. Budič motoru HP je vzrušený a dodává energii do budicího vinutí motoru ATS.
Další vinutí HP - další ATS ^^^^ - je připraveno k akci a funguje pouze v dynamických režimech. Při posouvání rukojeti řídicí stanice přijímá PU energii z budicího vinutí budičů hlavních generátorů OVVG. X nebo OVVG ^ ^ x- Tato vinutí přijímají energii z pomocné střídavé sítě přes tyristorové usměrňovače 5a a 56. Budič generátoru VH je buzen a dodává energii do budících vinutí generátoru OVG.
Schéma zajišťuje konstantní výkon a řízení konstantní rychlosti. Tyto režimy poskytuje náraz zpětné vazby (podle proudu a napětí hlavního obvodu, podle rychlosti otáčení GED, podle budicího napětí generátorů a budicího proudu motoru) pro buzení VH a VD. Například při couvání funguje řídicí systém následovně. Rukojeť ovládacího sloupku je přesunuta z polohy zcela vpřed do polohy zcela vzad. V tomto případě se na výstupu rotačního transformátoru, pevně spojeného s řídicí stanicí, změní znaménko nastavovacího signálu na opačný. Tento signál prochází řídicími jednotkami 1- ~ 1v nebo 16-1v (první případ je pro režim s konstantní rychlostí, druhý pro režim s konstantním výkonem) do řídicích jednotek 4a a 46 tyristorových usměrňovačů 5a a 56. Bloky 4a a 46 působí tímto způsobem se tyristorový usměrňovač 5a, napájející budicí vinutí dopředného pohybu OVVG ^ .y, zavře a usměrňovač 56 se otevře. Toto přepínání se provádí pomocí signálního měniče 3. Generátory jsou buzeny v opačném směru, a GED je obrácen. V tomto případě se hlavní parametry elektrárny (rychlost, proud, napětí) dramaticky mění. Znaménko změn proudu hlavního obvodu a po dosažení maximální hodnoty zůstává po značnou dobu přibližně na této úrovni. Navzdory relativně vysokému proudu hlavního obvodu přídavné vinutí GED nefunguje téměř, dokud se vrtule úplně nezastaví, tj. K reverzaci dochází při konstantním průtoku GED. To je vysvětleno skutečností, že obvod umožňuje nastavení činnosti přídavného vinutí OVVDop v závislosti na zpětném výkonu.
V okamžiku rekuperace vyšle logické zařízení 12 s reverzním výkonem signál do řídicí jednotky 1r, která ji působením na řídicí obvod tyristorového usměrňovače 5B zablokuje. Když skončí rekuperační doba, dojde k dalšímu vinutí OVVD ^ ^ „, vzroste budicí proud GED, sníží se proud hlavního obvodu a brzy se hlavní parametry GEM přiblíží normálu.
Více informací o elektrických pohonných systémech najdete v.
mezi další typy přenosu energie z hnacího stroje na vrtuli patří hydraulické převody. V lodních elektrárnách se používají dva typy převodů: hydraulické spojky a měniče točivého momentu. Pro elektrárny ledoborců jsou zajímavé hlavně měniče momentu a hydraulické měniče momentu.
Měniče točivého momentu mají schopnost plynule měnit převodový poměr v závislosti na točivém momentu na hnaném hřídeli při prakticky konstantní rychlosti otáčení hnacího stroje, tj. Mají samoregulaci a přitom zajišťují uspokojivé trakční vlastnosti elektrárny.
Ve srovnání s elektrárnami mají měniče točivého momentu následující výhody: nižší hmotnost a rozměry, nižší konstrukční náklady a méně personálu a personálu na večeři.
Měniče točivého momentu však mají také velmi významné nevýhody: nízká flexibilita schématu instalace (protože během hydraulického přenosu je každý hlavní motor připojen pouze k jednomu hnacímu hřídeli), relativně nízký výkon vzad (o 20–30% nižší než vpředu). Navíc při částečném zatížení nemusí být krouticí moment měniče točivého momentu, když se led dostane pod lopatky vrtule, nedostatečný, v důsledku čehož se může vrtule zastavit nebo dokonce zlomit. Nedostatek praktických zkušeností s provozem plavidel s hydraulickými měniči v podmínkách ledu nám neumožňuje poskytnout vyčerpávající odpověď na vhodnost jejich instalace na ledoborcích.