Обоснование типа ЭУ промыслового судна

Схемы дизельных энергетических установок, применяемых на промысловых судах, в зависимости от состава и назначения могут быть разделены на следующие три типа:

- с раздельной пропульсивной установкой и электроэнергетической системой; в этом случае пропульсивная установка служит только для привода гребного винта, а электроэнергетическая установка обеспечивает электрической энергией судовую сеть;

- с отбором мощности от пропульсивной установки для целей, не связанных с движением судна; в этом случае часть механической энергии главных двигателей преобразуется в электрическую, но основным источником электрической энергии служит автономная судовая электростанция;

- с единой энергетической системой; в этом случае все источники энергии объединены в общую систему.

На промысловых судах преимущественное применение получили одновальные установки с винтами регулируемого шага. Двухвальные и трехвальные ухудшают пропульсивные качества, требуют большой ширины машинного отделения, что уменьшает объем помещений полезного груза. По способу передачи энергии от дизеля к гребному винту все установки делятся на три группы: с прямой передачей, дизель-редукторные и дизель-электрические. Малые, средние и большие траулеры, а также промыслово-производственные рефрижераторы комплектуются установками с прямой передачей от дизеля к винту, так как в этом случае в качестве главных двигателей применяются малооборотные ДВС, которые имеют большой моторесурс, надежны и просты в обслуживании.

Винт регулируемого шага является наиболее распространенным типом движителя, практически весь промысловый флот пополняется судами с ВРШ, так как на судах с ВРШ реверсы двигателем полностью исключаются. Девять, десять тысяч различных режимов плавания судна, имеющих место за рейс продолжительностью 120 суток, осуществляются поворотом лопастей ВРШ, что позволяет двигателю работать с постоянной частотой вращения, сохраняя его ресурс. Число пусков двигателя, которое за рейс 120 суток составляет около тысячи, сокращается более чем в два раза и связано только с необходимостью дрейфа судна в период промысла и передачи грузов в море. Важным преимуществом установок с ВРШ по сравнению с установками ВФШ является независимость скорости на малом ходу судна от величины минимально устойчивой частоты вращения главного двигателя. Реверс перекладкой лопастей ВРШ стал менее продолжительным и составляет от 9 до 22 с в зависимости от типа системы управления. Выбег судна уменьшился до 3, 5...3, 7 длины корпуса. На рисунке Б.1 представлены схемы одновальных энергетических установок с прямой, редукторной и электрической передачами энергии от двигателя к движителю, применяемые на судах промыслового флота.

Как видно из рисунка Б.1, практически все энергетические установки промысловых судов имеют валогенератор, что в целом увеличивает КПД судовой установки. Применяют также установки с обратимой электромашиной на валопроводе. На переходах она работает в режиме электродвигателя, получая энергию от вспомогательных дизель-генераторов, передавая ее движителю, а на промысле - в режиме генератора, обеспечивая работу траловой лебедки и других потребителей. По числу двигателей дизель-редукторные установки делятся на одно-, двух, трехмашинные и многомашинные. Наиболее распространены двухмашинные дизель-редукторные установки с двигателями одинаковой мощности.

Род тока является основным признаком классификации дизель-электрических установок. Как правило, дизель-генераторы гребной установки вырабатывают постоянный ток, а судовая электростанция - переменный. Возможны варианты с отбором части механической или электрической энергии от главных дизель-генераторов для целей, не связанных с обеспечением хода судна. Конструктивно отбор механической энергии выполняется присоединением второго (вспомогательного) генератора к главному дизель-генератору

Рисунок Б.1 - Схемы одновальных энергетических установок

промысловых судов:

а) установки с прямой передачей: 1 - без валогенератора; 2 - с приводом генератора от валопровода через передачу; 3 - с приводом от переднего конца коленчатого вала через передачу; 4 - с приводом генератора от коленчатого вала через разобщительную муфту без повышения частоты вращения; 5 - с валогенератором, встроенным в линию валопровода; 6 - с обратимой электромашиной на валопроводе;

б) дизель-редукторные установки: 1 -одномашинная с валогенератором; 2 - двухмашинная с дизелями равной мощности и обратимой электромашиной; 3 - двухмашинная с дизелями разной мощности («отец и сын»);

в) дизель-электрические установки: 1 - с автономными гребной установкой и электростанцией;

2 - с отбором механической энергии от главного дизель-генератора; 3 - с отбором электрической энергии от главного дизель-генератора; 4 - единая электроэнергетическая установка.

Отбор электрической энергии осуществляется либо непосредственно от шин щита электродвижения, либо путем отключения главного дизель-генератора от этих шин и соединения его со щитом электростанции. Оба варианта возможны в случае использования переменного тока для гребной установки и электростанции. Если применяются оба вида тока, то отбор мощности от главных дизель-генераторов производится через специальный преобразователь.

В целом дизель-электрические установки позволяют обеспечивать: любые сочетания мощности на валу и мощности, потребляемые СЭС; повышение живучести энергоустановки за счет варьирования числа генераторов; увеличения (на 20%) числа ходовых суток судна в году, благодаря возможности вывода для ремонта на ходу отдельных агрегатов; высокую надежность энергоустановки.

Для промысловых судов характерны следующие типы энергетических установок:

- для малых добывающих судов с ЭУ мощностью примерно до 300 кВт - дизельные установки с прямой и редукторной передачей;

- для судов с ЭУ мощностью от 300 до 1470 кВт - преимущественно дизель-редукторные установки с ВРШ и отбором мощности для привода промысловых механизмов;

- для судов с ЭУ мощностью от 1470 до 2200 кВт - дизельные с прямой передачей и дизель-редукторные с ВРШ с отбором мощности на промысловые и общесудовые нужды;

- для судов с ЭУ мощностью более 2200 кВт - дизель-редукторные установки со среднеоборотными двигателями и отбором мощности на промысловые и общесудовые нужды, а также дизельные установки с прямой передачей на ВРШ или дизель-электрические установки с отбором мощности на все судовые потребители.

Наличие в схеме энергетической установки гребного электродвигателя (см. рисунок Б.1 схемы а, 1 и б, 2) является предпочтительным для рыболовных траулеров, так как гребной электродвигатель, работая в генераторном режиме, может снабжать энергией электродвигатель траловой лебедки. Такая схема обеспечивает возможность эффективного использования мощности главного и вспомогательного двигателей в различных по загрузке режимах работы судна, например, при нормальном ходовом режиме главный дизель работает с полной нагрузкой на винт. Гребной электродвигатель не возбужден, вспомогательный дизель-генератор не работает.

При тралении в нормальных условиях главный двигатель приводит в действие винт и гребной электродвигатель, работающий в режиме валогенератора, который питает электродвигатель траловой лебедки. Скорость судна при этом несколько снижается, что соответствует данному режиму.

При тралении в тяжелых условиях, например, в штормовую погоду, когда сопротивление движению судна с тралом возрастает. В этом случае электродвигатель траловой лебедки питают от вспомогательного дизель-генератора, а главный дизель работает с полной нагрузкой на винт.

При возвращении судна с уловом для ускоренного хода применяют одновременную работу на винт обоих дизелей, причем вспомогательный дизель-генератор работает на гребной электродвигатель через электропередачу.

В аварийном режиме при аварии главного двигателя разобщают муфту, соединяющую главный двигатель с валопроводом. Винт приводится во вращение гребным электродвигателем, получающим питание от вспомогательного дизель-генератора. Этот же прием осуществляют, когда судну нужно лечь в дрейф.

На выбор типа ЭУ для промыслового судна оказывают влияние не только экономические показатели ЭУ, но и условия поставки энергетических агрегатов, стоимость горюче-смазочных материалов, построечная стоимость и др. факторы. Необходимо учитывать также трудооемкость обслуживания, так, например, переборка двух цилиндров V-образного двигателя требует 22 чел.× ч, аналогичная работа для малооборотного крейцкопфного двигателя - 8 чел. × ч, для тронкового - 4 чел.× ч. Трудоемкость обслуживания клапанов двигателей увеличивается пропорционально их числу. Поэтому наиболее перспективным является уменьшение дизель-генераторов автономной электростанции (или даже отказ от них) за счет применения навешанных генераторов с оставлением одного автономного агрегата для стояночных нужд.

Дизель-электрические пропульсивные установки, несмотря на то, что их первоначальная стоимость на 10…50% выше, а расход топлива на 5…7% больше, чем в случае применения прямой передачи, могут быть конкурентноспособны в случае применения переменного тока и ВРШ.

Несмотря на общие направления, развитие энергетических установок промысловых судов в различных странах может иметь свои особенности.