Дэу дизельная энергетическая установка
Сварочные электростанции являются отдельным типом энергогенерирующего оборудования по своему техническому решению предназначенные для выработки электроэнергии при проведении сварочных работ. Одновременно с этим, генераторы данного типа являются более универсальными устройствами, по сравнению с обычными генераторными установками, так как могут использоваться и в качестве сварочных электростанций, и в качестве обычных источников автономного энергоснабжения.
International Protection (IP) — способ защиты, обеспечиваемый оболочкой от доступа к опасным частям, попадания внешних твердых предметов и (или) воды и проверяемый стандартными методами испытаний.
- 0 - отсутствие защиты;
- 1 - имеется защита от предметов, размер которых превышает 50 мм;
- 2 - имеется защита от касания пальцами и проникновения предметов диаметров более 12 мм;
- 3 - имеется защита от предметов и частиц диаметром более 2,5 мм;
- 4 - имеется защита от касания инструментом, пальцами и от предметов диаметром более 1 мм;
- 5 - имеется защита от любого касания, предметов и пыли.
- 0 - защиты отсутствует;
- 1 - защита от вертикально падающих капель воды;
- 2 - защита от капель воды, падающих под углом 15 градусов к вертикали;
- 3 - защита от капель воды, падающих под углом 15 градусов к вертикали;
- 4 - защита от водяной пыли, распыленной со всех сторон;
- 5 - защита от струй воды со всех стороны.
Инверторные генераторные установки преобразовывают постоянный электроток в переменный с минимальными потерями мощности (КПД 98 %), выдавая на выходе стабильное напряжение в 220 В. При этом электричество не подается пользователям напрямую, а накапливается в АКБ.
- тип нагрузки;
- качество используемого топлива;
- условия окружающей среды;
- степень изношенности двигателя и прочих узлов установки.
Чем больше энергии потребляют подключенные к станции электроприборы, тем выше расход топлива. Но прямопропорциональной зависимости не наблюдается. Производители рекомендуют использовать генераторы при нагрузке в пределах от 70 до 75% их номинальной мощности, поскольку в таком режиме обеспечивается наиболее оптимальный расход. При слишком низких и высоких нагрузках расход значительно возрастает. Поэтому при выборе генератора по параметру мощности следует учитывать эту особенность.
- тип нагрузки;
- качество используемого топлива;
- условия окружающей среды;
- степень изношенности двигателя и прочих узлов установки.
Чем больше энергии потребляют подключенные к станции электроприборы, тем выше расход топлива. Но прямопропорциональной зависимости не наблюдается. Производители рекомендуют использовать генераторы при нагрузке в пределах от 70 до 75% их номинальной мощности, поскольку в таком режиме обеспечивается наиболее оптимальный расход. При слишком низких и высоких нагрузках расход значительно возрастает. Поэтому при выборе генератора по параметру мощности следует учитывать эту особенность.
В генераторной установке может использоваться жидкостная или менее эффективная воздушная система охлаждения двигателя. Для установки в небольшом помещении с неудовлетворительной циркуляцией воздуха целесообразно приобрести электростанцию снабженной высокоэффективной жидкостной системой охлаждения.
Использование автомата ввода резерва (АВР) обеспечивает автоматическое включение генератора в момент пропадания напряжения в сети. После того, как основная линия будет восстановлена, система автоматически переключает электропитание на нее.
Генераторная установка может комплектоваться электрическим или ручным запуском. Большим спросом пользуются установки, поддерживающие ручной старт. Они просты в использовании, надежны и неприхотливы. Генераторы с электрическим стартом более удобны в эксплуатации. Для систем автоматического ввода резерва подходят только такие модели.
Дизельная ЭУ в настоящее время является наиболее широко распространенным типом судовых энергетических установок. Дизельные установки отличаются разнообразием технических характеристик и конструктивных схем. 95% всего количества судов мирового морского флота оснащено дизельными установками. Наибольшая агрегатная мощность судовых ДВС достигла в настоящее время 40 МВт.
Преимущественное применение дизельных установок на современных судах объясняется главным образом тем, что они обладают наиболее высокой тепловой экономичностью по сравнению с СЭУ других типов, причем их экономичность сохраняется в широком диапазоне частичных нагрузок. Дизельные СЭУ отличаются сравнительно несложным составом вспомогательного оборудования и простотой обслуживания. Возможность создания мощностного ряда ДВС на базе одного типоразмера рабочего цилиндра также является важной положительной особенностью дизельных установок.
Современные дизельные СЭУ можно разделить на четыре группы:
- - установки с малооборотными ДВС;
- - дизель-редукторные установки со среднеоборотными ДВС;
- - дизель-электрические установки;
- - легкие установки с высокооборотными ДВС.
Установки с малооборотными ДВС находят преимущественное применение на морских судах в широком диапазоне мощностей. Частота вращения малооборотных ДВС (до 350 об/мин) обеспечивает возможность их работы на гребной винт с прямой передачей. Как правило, такие двигатели выполняют двухтактными, реверсивными, с числом рабочих цилиндров от 5 до 12, предусматривая для них топливо тяжелых сортов. Особой экономичностью и долговечностью отличаются крейцкопфные малооборотные ДВС с частотой вращения до 250 об/мин, которые наиболее часто применяются в качестве главных двигателей на морских судах дальнего плавания. Установки с малооборотными двигателями в большинстве случаев имеют развитый теплоутилизационный контур, повышающий их экономичность.
Дизель-редукторные установки со среднеоборотными ДВС в настоящее время успешно конкурируют с установками, имеющими малооборотные ДВС.
К среднеоборотным ДВС относят двигатели с частотой вращения в пределах 350-1000 об/мин, причем в качестве главных двигателей дизель-редукторных установок морских судов чаще всего применяют ДВС с частотой вращения 400-500 об/мин.
Среднеоборотные двигатели выполняют тронковыми четырехтактными, реже двухтактными, с числом цилиндров от 6 до 18, с однорядным линейным или двухрядным V-образным расположением цилиндров, реверсивными или нереверсивными.
Дизель-электрические установки применяют преимущественно на ледоколах и ледокольно-транспортных судах, мощность таких установок достигает 30 МВт. В качестве первичных двигателей для таких установок используют среднеоборотные ДВС и ДВС тепловозного типа, работающие на дизельном топливе. Электропередача с гребными электродвигателями постоянного тока обеспечивает исключительно высокие маневренные качества и надежность установок при работе во льдах. Вместе с тем значительные потери энергии, относительно большие масса, габариты и высокая начальная стоимость ограничивают применение дизель-электрических установок на судах других типов.
Легкие установки с высокооборотными ДВС являются обычными для судов с динамическими принципами поддержания (СПК и СВП). Высокооборотные ДВС выполняют четырехтактными нереверсивными, с частотой вращения обычно в пределах 1000-2000 об/мин, комплектно с двигателями выпускаются реверс-редукторные передачи. Мощность таких установок не превышает обычно 5 МВт.
Наибольшее распространение в ЭУ речных судов получили тихоходные четырехтактные ДВС с прямой передачей, с частотой вращения 300-600 об/мин и агрегатной мощностью до 1500 кВт, так как в данном диапазоне мощности они имеют преимущество перед двухтактными ДВС по моторесурсу, массогабаритным и экономическим показателям.
Применение быстроходных ДВС, имеющих меньшие массу и габариты, позволяет более чем в 1,5 раза уменьшить объем МО и, соответственно, увеличить полезную грузоподъемность судна. Однако эти двигатели имеют меньший моторесурс, повышенный расход топлива и масла, высокий уровень шума. В качестве главных быстроходные ДВС целесообразно устанавливать только на судах, для которых основное значение имеют малые масса и габариты установки.
Существенным недостатком ДЭУ является передача дизелем механической энергии на вал через КШМ. Возникающие при этом неуравновешенные силы и моменты вызывают вибрацию дизеля и корпуса судна, появление резонансных напряжений, сокращающих срок службы установки. Неравномерность крутящего момента коленвала приводит к возможности возникновения крутильных колебаний валопровода.
Применение более дорогих сортов топлива и смазочных масел, особенно для двигателей с повышенной частотой вращения, увеличиваег стоимость вырабатываемой энергии. Кроме того, ДВС имеют довольно сложные системы смазки, охлаждения, пуска и реверса.
Для оснащения кораблей ближней морской зоны за рубежом повсеместно используются ДЭУ. В качестве примера можно привести фрегаты типа Floreal ВМС Франции, корветы Braunschweig ВМС Германии, египетские — Gowind, китайские — проектов 056 и 056А. Исключением являются корабли типа Freedom и Independence ВМС США, оснащенные ДГТЭУ. Применение ГТД существенно повысило мощность ГЭУ и позволило развивать скорость хода до 45 узлов.
В настоящее время дизельный двигатель является самой эффективной тепловой машиной. Его КПД без системы утилизации отводящегося тепла составляет 40—45 % и выше, а при ее наличии может достигать 60 %.
• высокая топливная экономичность в широком диапазоне нагрузок: удельный расход топлива современных отечественных корабельных среднеоборотных дизельных двигателей (СОД) на полной (номинальной) мощности составляет 0,166—0,179 кг/(кВт·ч), а высокооборотных (ВОД) — 0,200—0,210 кг/(кВт·ч), на нагрузках до 50 % от номинальной мощности их экономичность практически не изменяется;
• относительно небольшой удельный расход воздуха 6,3—8,4 кг/(кВт·ч) — в 4,5—5 раз меньший, чем у ГТД, что позволяет снизить массогабаритные характеристики воздухоприемных шахт и дымовых труб ДЭУ, а малое количество отработавших
газов по сравнению с другими типами энергетических установок способствует снижению тепловой заметности корабля;
• возможность работы ДЭУ с противодавлением на выпуске позволяет организовать забортный газоотвод ниже или в районе переменной ватерлинии, что неприемлемо для ГТЭУ;
• меньшая по сравнению с ГТД чувствительность к повышению температуры атмосферного воздуха;
• высокие маневренные качества;
• готовность к немедленному действию и простота мер поддержания установленной готовности.
• относительно малая агрегатная мощность ДЭУ (для ВОД не превышает 7300 кВт, для СОД — 10 000 кВт) при значительно большей удельной массе (для ВОД 1,9—11,6 кг/кВт, для СОД 9—21 кг/кВт) по сравнению с ГТЭУ;
• повышенные уровни шума и вибрации;
• высокая чувствительность к перегрузкам;
• резкое снижение допустимой мощности при уменьшении частоты вращения коленчатого вала;
• неравномерность крутящего момента, наличие значительных крутильных колебаний на валу отбора мощности.
Несмотря на большую экономичность ДЭУ, ее высокие массогабаритные характеристики и недостаточная агрегатная мощность ДД не позволяют использовать эти установки на большинстве боевых надводных кораблей дальней морской зоны.
В связи с отсутствием российских двигателей необходимой мощности на некоторых кораблях и судах ВМФ в состав энергетических установок были включены ДД иностранного производства. В частности, на корабли проектов 20385 и 21631 планировалась установка двигателей фирмы MTU (Германия). Из-за введения санкций Евросоюзом поставка основного энергетического оборудования фирмой MTU была прекращена. Строительство корветов проекта 20385 продолжается с применением энергетической установки по проекту 20380. Малые ракетные корабли проекта 21631 оснащены энергетическими установками на базе ДД CHD622V20 фирмы HND (КНР).
Появление систем электродвижения в судостроении во многом было обусловлено их большей топливной экономичностью (10—15 % на маршевых скоростях хода) по сравнению с механическими движительными установками. Внедрение ПЭД повышает энергетическую эффективность ГЭУ за счет:
• выбора оптимального количества работающих генераторов для заданного режима движения корабля;
• возможности достижения максимального КПД генераторов путем варьирования их количества исходя из потребляемой нагрузки;
• отсутствия потерь энергии в механических передачах;
• использования высоковольтного электротехнического оборудования и питания наиболее мощных корабельных потребителей от высоковольтной электрораспределительной сети.
Положительные стороны ЕЭЭС:
• перераспределение энергии повышает эксплуатационную надежность ГЭУ, а внедрение цифрового управления ЕЭЭС — уровень автоматизации;
• регулирование оборотов и направления вращения гребных электродвигателей (ГЭД) улучшает маневренность ГЭУ;
• размещение элементов ЕЭЭС независимо друг от друга в отсеках корабля увеличивает гибкость размещения ГЭУ;
• высокий уровень автоматизации оборудования ЕЭЭС позволяет создавать необитаемые машинные отделения;
• использование однотипных модулей ГЭД, генерирования и распределения электроэнергии обеспечивает оптимальное построение ГЭУ (модульность конструкции) для разных проектов кораблей и судов;
• применение забортных винторулевых колонок (ВРК) высвобождает дополнительное пространство в кормовой части корабля для размещения полезной нагрузки.
Основным недостатком ЕЭЭС с системами электродвижения является существенно бóльшие массогабаритные характеристики энергетической установки. Она в среднем на 30 % тяжелее и на 20 % объемнее, чем традиционная энергетическая установка с механической передачей мощности через редукторную передачу и линию вала. Проблема размещения оборудования ЕЭЭС решается включением в ее состав высоковольтного электрооборудования и выноса ГЭД за пределы корпуса корабля (применение ВРК).
В отечественном надводном кораблестроении ЕЭЭС с системой электродвижения установлена на проектах судов 21300, 20180, 22030, 19910, 745мбс, 21180, 23470 вспомогательного флота. На каждом из этих судов суммарная мощность всех источников электроэнергии не превышает 8 МВт, что позволило применить основную силовую сеть с напряжением тока до 1000 В, а также серийно выпускаемое электрооборудование. Такие ЕЭЭС (с напряжением до 1000 В) не годятся для перспективных боевых кораблей, где для обеспечения полной скорости хода необходимы мощности от 20 МВт и более, что, в свою очередь, требует напряжения тока 6300 или 10 500 В. Поэтому создание боевого надводного корабля дальней морской зоны с ПЭД пока только прорабатывается.
В настоящее время в интересах отечественного флота ведутся работы по определению облика систем электродвижения перспективных кораблей. В общем случае для оценки целесообразности установки этих систем, а также выбора предпочтительного варианта (ПЭД или ЧЭД), необходимо определить валовые мощности (построить буксировочные кривые) для обеспечения заданных скоростей хода. На начальном этапе исследований целесообразно воспользоваться методом адмиралтейских коэффициентов с использованием формулы:
где: WPS — валовая мощность или мощность, подводимая к гребному винту, л. с.; D — водоизмещение корабля, т; Ѵ — скорость хода корабля, уз; С — адмиралтейский коэффициент, определяемый по диаграмме Пампеля.
Значения последнего колеблются в широких пределах в зависимости от скорости хода, а также от класса и типа корабля и могут составлять: на полном ходу:
180—220 для авианесущих кораблей и тяжелых крейсеров;
160—190 для легких крейсеров и эсминцев;
140—160 для сторожевых кораблей (фрегатов);
для экономического хода значения адмиралтейских коэффициентов составляют 240—280.
Анализ формулы показывает, что увеличение скорости хода более 20 узлов приводит к резкому росту мощности, а следовательно, и к такому же возрастанию массогабаритных характеристик ЕЭЭС даже с учетом применения высоковольтного энергетического оборудования. Можно сделать вывод, что перспективные корабли целесообразно оснащать системами ПЭД, когда заданная скорость полного хода не превышает 20 узлов. В остальных случаях для реализации преимуществ систем электродвижения стоит рассматривать варианты комбинированных ГЭУ с ЧЭД.
Распространенные на судах дизельные ЭУ разнообразны, их состав зависит от типа судна и применяемого ГД, способа передачи энергии на гребной вал, осуществления реверса судна и т. п.
Представление о составе ДУ можно получить из рис. 1.1.2, где показана ДУ с прямой (непосредственной) передачей мощности от МОД на гребной винт, с утилизацией теплоты, вспомогательными котельной и водоопреснитёльной установками, судовой электростанцией и основными системами, обслуживающими ГД. Такой состав (с теми или иными различиями, дополнениями, особенностями, связанными с типом ГД и передачи и т. п.) имеют большинство ДУ относительно крупных судов.
Дизельные установки различают по следующим основным признакам:
По типу ГД: с МОД, СОД, ВОД и комбинированные дизель- газотурбинные (ДГТУ), в которых применены маршевые дизели и форсажные ГТД (для ускорения до полного хода и кратковременного повышения мощности).
По типу движителя: с гребными ВФШ; с гребными ВРШ; с соосными гребными винтами противоположного вращения; с крыльчатым движителем; с водометным движителем.
По типу передачи мощности на движитель:
- с прямой передачей (чаще всего это реверсивный МОД, выходной фланец которого жестко соединен с валопроводом и ВФШ, либо нереверсивный МОД в сочетании с ВРШ; тогда в ступице ВРШ или на валопроводе устанавливается МИШ, рис. 1.3.1, а);
- с механической (редукторной) передачей (СОД или ВОД с нереверсивным или реверсивным редуктором, рис. 1.3.1, в);
- с гидравлической передачей (возможно применение гидромуфт и гидротрансформаторов; гидравлического насоса, приводимого дизелем, и гидромотора, работающего на гребной винт, или водометного движителя);
- с электрической передачей (дизель-электрические установки с ГДГ и ГЭД, рис. 1.3.1, б);
- с комбинированной передачей (например, электрической и редукторной, рис. 1.3.1,г, редукторной и гидравлической).
По числу гребных валов:
- одновальные (наиболее распространенные установки с МОД — на морских и с СОД или ВОД — на речных судах);
- многовальные (чаще двухвальные и реже трехвальные установки).
По числу ГД, работающих на один вал: одномашинные; многомашинные, из которых наиболее широко применяются установки с двухмашинными, реже с трех- и четырехмашинными дизель-редукторными агрегатами (рис. 1.3.1, в, двигатели N1,….N4 обозначены в порядке возможной последовательной совокупности их работы на редуктор).
По способу обеспечения реверса судна: с реверсивным ГД и ВФШ; с нереверсивным ГД, с реверсредуктором или реверсивной муфтой и ВФШ; с нереверсивным ГД и обеспечением заднего хода с помощью ВРШ.
На транспортных морских судах наиболее распространенной является одновальная ДУ с МОД и прямой передачей на винт.
Широко применяются также ДРУ с СОД, позволяющие значительно (в 3—5 раз) уменьшить высоту МО (что важно для паромов, судов с горизонтальной погрузкой-выгрузкой и др.) и получить другие положительные качества (отбор мощности от редуктора на электрогенератор и вспомогательные механизмы, изменение суммарной мощности в широком диапазоне и т. д.). Они используются как на транспортных (включая суда ледового плавания), так и на промысловых судах, а также на судах вспомогательного флота (буксирах, земснарядах и др.).
Рис. 1.3.1 Схемы основных типов ДУ с передачами:
а — прямой; б — электрической; в — механической (редукторной); г — комбинированной (электрической и редукторной):
1 — гребной винт; 2 — гребной вал; 3 — дейдвудная труба; 4 — промежуточный вал; 5 — опорные подшипники; 6— ГУП; 7 — ГД (МОД для варианта а; СОД — для варианта в); 8 — ГЭД; 9 — главные ДГ;
10 — эластичная соединительно-разобщительная муфта; 11 — редуктор.
Двухвальные ДУ с прямой передачей применяются на речных, пассажирских теплоходах, паромах, буксирах.
Трехвальные ДУ с прямой передачей имеют ограниченное применение. Четырехвальные ДУ с прямой передачей на судах практически не применяются.
Дизель-редукторные установки с ВОД устанавливают на малотоннажных судах и быстроходных катерах.
Дизельные установки с гидропередачей используются на судах ледового плавания, речных судах, буксирах, малых паромах, для подруливающих устройств и привода активных рулей на крупнотоннажных морских судах, на специальных судах, где требуется обеспечить возможность работы СЭУ в широком диапазоне нагрузок и высокие тяговые характеристики на пониженных частотах вращения гребного винта.
Дизель-электрические установки целесообразно применять на судах, где требуется быстрое изменение режима работы. К ним относятся линейные ледоколы, суда активного ледового плавания, большие рыболовные траулеры, паромы и др. Для ДЭУ главными двигателями могут быть СОД и ВОД.
Электроэнергией судно с ДУ обеспечивается автономными ДГ, утилизационными турбогенераторами (УТГ) и валогенераторами. Последние могут приводиться от промежуточного вала, от ведомой шестерни редуктора (только на ходу судна) или от его ведущей шестерни (как на ходу, так и на стоянке).
Для показанного на рис. 1.3.1,в варианта ДУ можно использовать только один (№ 1) дизель, два (№1 и № 2), три (№ 1, № 2 и № 3) или все четыре дизеля, работающие на редуктор. Кроме того, от редуктора могут приводиться валогенератор, грузовые насосы и другие вспомогательные механизмы (например, насосы систем, обслуживающих ГД).
В комбинированной, например дизель-газотурбинной, установке помимо маршевых дизелей применен и форсажный газотурбинный двигатель ФГТД (см. рис. 1.3.1, в), работающий через понижающую передачу на общий редуктор 11 и далее на ВРШ.
На судах используются и другие схемы ДУ: со встроенным в двигатель реверсредуктором, с колонковым редуктором (когда линии нала ГД и гребного винта расположены на разных уровнях), с угловым редуктором, с редуктором-разделителем мощности от одного ГД на два потока, с двухскоростным или планетарным редуктором и т. д. Такие схемы рационально применять на быстроходных катерах для заглубления гребного винта.
КПД дизельной установки определяется зависимостью
где — термический КПД дизеля;,— относительный индикаторный (внутренний) и абсолютный индикаторный КПД дизеля (ГД);,— механический и эффективный КПД дизеля,(применяют и относительный эффективный КПД дизеля);— коэффициент, учитывающий дополнительные затраты энергии (на вспомогательные механизмы и др.);— КПД передачи.
КПД судового пропульсивного комплекса с ДУ находят из уравнения
Где — КПД валопровода;— пропульсивный коэффициент;— КПД винта:— коэффициент влияния корпуса.
Читайте также: