Расчет судовой электростанции и сетей для судна класса лесовоз

 

Строка 35 – суммарная нагрузка СЭЭС                                                                                        и средневзвешенный коэффициент мощности  ,    где  полная мощность потребителей;

Строка 36 – заносим число и мощность генераторов;

Строка 37 – коэффициент загрузки генераторов

.

Генераторы  выбираются по активной мощности, однако если окажется меньше номинального значения, тогда генераторы выбирают по полной мощности S.

 

 

 

3. Расчет мощности и выбор силовых трансформаторов.

 

          Преобразователи на судах необходимы для питания потребителей, параметры которых отличаются от номинальных параметров основных генераторов. На судне, СЭС которого проектируется в диплом КП, не применяются полупроводниковые преобразователи, поэтому производится выбор трансформаторов для питания сети освещения 220 В. Требования Российского Морского Регистра Судоходства (РМРС), определяющие число и мощность трансформаторов /3,стр. 269/:

• На судах, где освещение и другие ответственные устройства питаются через трансформаторы, должно быть предусмотрено не менее двух трансформаторов такой мощности, чтобы при выходе из строя самого большого из них остальные могли обеспечить полную потребность в электрической энергии при всех условиях работы судна.
• Для судов (кроме пассажирских) валовой вместимостью менее 300 ограниченных районов плавания II, IIСП и IIIСП с установкой малой мощности, а также для судов ограниченного района плавания по особому согласованию с Регистром в зависимости от конкретного района плавания, допускается устанавливать только один трансформатор.

 

Условие выбора трансформаторов:

 

где m – количество трансформаторов;

Sн.т. – номинальная мощность трансформатора;

Ко.р. – коэффициент одновременной работы приемников, получающих питания от трансформаторов в соответствующем режиме (Ко.р.=1);

k=1,05 – коэффициент, учитывающий  потери мощности в электрической  сети.

 

,

где Pосв=47 кВт – мощность освещения;

Pпр.м.н.=59 кВт – суммарная мощность прочей моторной нагрузки.

Количество трансформаторов выбирается исходя из требований Морского Регистра Судоходства об обеспечении всех потребителей при отказе самого мощного  трансформатора. Не рекомендуется включать параллельно трансформаторы в соотношении  мощностей более 3:1. Обычно на судах  устанавливают два или три  трансформатора равной мощности, подключая  их к разным секциям ГРЩ.

 

.

 

В соответствии с вышеуказанным выбираю трансформатор типа ТС3М – 100 – 74 ОМ5.

S=100 кВA

Uхх=380 В (высшее)

Uхх=220 В (низкое)

η=97,8 %

Схема соединения обмоток и номер группы: Y/Y-0

Количество  трансформаторов – 2 шт.

 

4. Выбор варианта комплектации основной электростанции.

          Требования РМРС, определяющие состав и мощность основного источника электрической энергии /3,стр. 268/:

• На каждом судне должен быть предусмотрен основной источник электрической энергии мощностью, достаточной для обеспечения питания всего электрического оборудования судна. Такой источник должен состоять, по крайней мере, из двух генераторов с независимым приводом.

Для судов валовой вместимостью 300 и менее (кроме пассажирских) основным источником энергии могут быть аккумуляторные батареи.

• Число и мощность генераторов с независимым приводом и электрических преобразователей, входящих в состав основного источника электрической энергии, должны быть такими, чтобы при выходе из строя любого из них оставшиеся обеспечивали возможность:
• питания необходимого электрического оборудования, при одновременном обеспечении нормальных условий обитаемости на судне;
• пуска самого мощного электродвигателя с наибольшим пусковым током. При этом пуск двигателя не должен вызывать такого понижения напряжения и частоты в сети, которое может повлечь выпадение из синхронизма, остановку двигателя генератора, а также отключение работающих машин и аппаратов;
• Если основной источник электрической энергии необходим для обеспечения движения и управления судна, должно быть предусмотрено, чтобы питание оборудования, необходимого для движения, управления и безопасности судна, поддерживалось постоянно либо немедленно восстанавливалось в случае отказа любого из работающих генераторов. 
• При этом на судах, где нормальное снабжение электрической   энергией обеспечивается двумя и более генераторами, работающими параллельно, должно быть предусмотрено автоматическое отключение потребителей менее ответственного назначения, не допускающее перегрузки оставшихся генераторов, при сохранении питания потребителей, обеспечивающих движение, управление и безопасность судна.
• На судах, где нормальное снабжение электрической энергией обеспечивается одним генератором, при выходе его из строя и обесточивании ГРЩ, должны быть предусмотрены:
• автоматический пуск резервного генератора достаточной мощности и подключение его на шипы ГРЩ в течение 30 с;
• автоматическое повторное включение в необходимой последовательности ответственных устройств, обеспечивающих движение, управление и безопасность судна.
• Вместо одного из генераторов с независимым приводом, может быть применен генератор с приводом от главного двигателя (валогенератор), при следующих условиях:
• валогенератор работает с практически постоянной частотой вращения при различных режимах хода судна;
• имеется возможность приведения в действие гребной установки судна в случае выхода из строя любого генератора с независимым приводом.
• Определение состава и мощности генераторов основного источника электрической энергии должно производиться с учетом следующих режимов работы судна:
• ходового режима;
• маневров;
• во время пожара, пробоины корпуса или других влияющих на безопасность плавания судна условий при работе основного источника электрической энергии;

 

1.  Выбор номинальных параметров синхронных генераторов.

 

1. Выбор напряжения. При суммарной мощности ОЭС до 1000 кВт используют напряжение 380 В при частоте тока 50 Гц, если мощность приближается к 3-5 и более МВт, необходимо устанавливать средства ограничения тока короткого замыкания либо выбирать генераторы с повышенным номинальным напряжением.
2. Выбор частоты тока. Основной частотой переменного тока на судах принята частота 50 Гц. Для некоторых классов маломерных плавсредств принимается частота 400 Гц при напряжении 380 или 400 В.
3. При выборе частоты вращения дизель – генератора ОЭС принимаю во внимание следующие условия:
1. наибольший моторесурс;
2. наименьший расход топливо-смазочных материалов;
3. способность работы на тяжелом топливе или двух видах топлива:                                природном газе и жидком;
4. наименьшие трудозатраты на техническое обслуживание;
5. наилучшие экологические характеристики;
6. наименьшие массогабаритные показатели.

          С позиций первых четырех критериев номинальную частоту вращения для дизель – генераторов ОЭС следует выбирать по возможности наименьшей, но так как массогабариты дизель – генераторов обратно пропорциональны их номинальной частоте, то для экономии места для грузовых трюмов выбираю ДГ для ОЭС с номинальной частотой вращения 1000 .

4. Выбор номинальной частоты вращения валогенератора (ВГ) зависит от принятого типа валогенераторной установки (ВГУ). НА судах с МОД или СОД, которые вращают гребные винты типа ВФШ, применяются ВГ с номинальной частотой вращения с приводом от независимого мультипликатора и регулируемой планетарной зубчатой передачей. И именно такой тип подходит для проектируемого мной судна.

 

2. Выбор конкурирующих вариантов комплектации ОЭС.

 

          Выбор варианта судовой электростанции (СЭС) включает в себя выявления оптимального по определенным критериям варианта из нескольких возможных (5, стр17).

          Все возможные варианты комплектации  ОЭС должны удовлетворять требованиям к основным источникам электроэнергии на морских судах, указанным в Международной конвенции по охране человеческой жизни на море (СОЛАС-74/78), Публикации № 92 Международной электротехнической комиссии (электрические установки на судах) и Правил классификации и постройки морских судов РМРС.

          При любом варианте комплектации  ОЭС основной источник электроэнергии  должен состоять не менее чем  из двух ГА. Мощность этих ГА должна быть такой, чтобы при остановке одного из них она была достаточной для питания устройств и систем, необходимых для обеспечения нормальных эксплуатационных условий движения и безопасности судна и минимально необходимых условий обитаемости на нем. Кроме того, оставшиеся ГА должны обеспечить работу устройств и систем, необходимых для пуска ГД при нерабочем состоянии судна. Суммарная мощность и мгновенная перегрузочная способность генераторных агрегатов ОЭС при выходе из строя любого из них должны обеспечить пуск самого мощного электродвигателя с наиболее тяжелым пуском без нарушения устойчивости ОЭС и работающих электроприемников.

При выборе количества и мощности генераторных агрегатов (ГА) необходимо руководствоваться тем, что минимальное  значение суммарной номинальной  мощности ГА (ΣPген)min были достаточными для каждого рассчитанного режима работы СЭС в умеренной и тропической зоне. Так же необходимо учитывать такой фактор, как коэффициент загрузки генераторов. Он должен составлять в основных режимах судна 0,7÷0,9. Для сухогруза основным эксплуатационным режимами является маневренный и стояночный с грузовыми операциями. В неосновных режимах коэффициент загрузки может снижаться до 0,5 для дизель – генератора.

Рассмотрю различные варианты комплектации СЭС:

1. ОЭС содержит 3 ГА только с автономными первичными двигателями – три дизель – генератора, P=320 кВт. Положительными свойствами дизелей является независимость их работы от других установок, а также возможность быстрого пуска и приема нагрузки при мощности более 100 кВт. Также по сравнению с комплексом котел – паропроводы –турбогенератор они имеют более высокий КПД.
2. ОЭС кроме автономных ГА содержит валогенератор, мощность которого достаточна для самостоятельной работы в ходовом режиме с коэффициентом загрузки не выше 0,7. В пункте 4.1. курсового проекта я выбрал применяемый мной тип ВГ. ВГ позволяет снизить себестоимость энергии примерно вдвое.
3. В методическом указании к курсовому проекту указано, что одним из вариантов комплектации ОЭС следует рассмотреть ОЭС, в которой кроме автономных ГА входит утилизационный турбогенератор (УТГ) с приводом от паровой турбины, утилизирующих теплоту отработавших газов главного двигателя. При этом необходимо учитывать затраты на утилизационный котел, который должен обеспечить глубокую утилизацию теплоты отработавших газов. Положительным свойством УПТГ является то, что при внезапном изменении режима главного двигателя она продолжает некоторое время, достаточное для запуска резервного ДГ, развивать мощность за счет тепловой инерции парового котла. Но так как проектируемое судно мало для установки на нем УТГ, то считаю рациональным рассмотреть раздельную схему СЭУ с 4 ДГ.

 

Варианты  комплектации и коэффициента загрузки показаны в табл.3.

Таблица 3.

Режим СЭС	Pрас.	3ДГ×320 кВт		1ВГ×500 кВт 3ДГ×200 кВт		4ДГ×200 кВт
		n ГА	КЗ	n ГА	КЗ	n ГА	КЗ
Ходовой	516,17	2	0,81	1ВГ	0,63	2	0,79
Маневренный	495,17	2	0,77	3ДГ	0,89	3	0,89
Стояночный б/о	261,94	1	0,82	2ДГ	0,65	2	0,65
Стоян. с г.о.	589,9	2	0,88	3ДГ	0,71	3	0,72
Аварийный	498,62	2	0,78	3ДГ	0,83	3	0,83

 

  Как видно из выше написанного и из данных табл.3, целесообразно выбирать первый вариант комплектации с тремя ДГ в системе.

Выбираю генераторы:

          Три генератора марки МСС320 - 500:

S=320 кВт;

Uн=400 В;

n=1000 об/мин;

η=93,2%;

f=50 Гц.

Первичный двигатель:

Тип                                              Четырехтактный с воспламенением от сжатия

Число цилиндров                                                                     12

Номинальная мощность, кВт (л.с.)                                   426 (580)

Частота вращения коленчатого вала при номинальной  мощности, мин-1     1000

Частота вращения холостого хода, мин-1

- максимальная, не более                                                                                             1100

- минимальная,  не более                                                                                                600

 

5. Расчет мощности и выбор оборудования аварийной электростанции.