Определение главных параметров и комплектование вспомогательных энергетических комплексов

Комплектование вспомогательных энергетических комплексов (СЭС и ВКУ) производится на основе анализа нагрузок на отдельных режимах эксплуатации, отличных по потребностям в энергии вспомогательных комплексов. Расчет нагрузок возможен аналитическим или табличным методом.

Аналитический метод предпочтителен на начальных стадиях эскизного проектирования. В его основе – эмпирические зависимости нагрузок на режиме от главных параметров судна и СЭУ. Для расчета нагрузки электростанции морских транс­портных судов с дизельными энергетическими установками могут быть использованы следующие зависимости для ходового режима в функции эффективной мощности главных двигателей Nе:

где A и k – коэффициенты, учитывающие период эксплуатации. Для летнего периода A = 120, k = 0,023, а для зимнего периода A = 75, k = 0,022.

Расчетная мощность бытовых потребителей Pбп определяется как сумма наиболее мощных потребителей этой группы, возможность параллельного использования которых достаточно высока. Это – пожарный насос, электрические плиты на камбузе, бытовые вентиляторы и установка искусственного климата:

.

Для режима стоянки без грузовых операций мощность электростанции зависит от полного водоизмещения судна D в степени n = 0,4:

,

где kст – коэффициент, зависящий от периода эксплуатации. Для летнего периода этот коэффициент можно принять равным 4,4, а для зимнего периода 2,9.

Для режима стоянки с грузовыми операциями мощность электростанции определяется в функции числа Z, грузоподъемности G и скорости подъема груза V грузоподъемных средств:

.

Для режима маневров к нагрузке на ходовом режиме следует добавить мощность брашпиля Pбр и компрессора пускового воздуха Pк.п.в с коэф­фициентом спроса 0.8:

Для аварийного режима при работе основной электростанции (пожар или пробоина) мощность ходового режима нужно взять с коэффициентом 1,5:

.

Расчетная мощность судовой электростанции принимается с коэффициентом запаса k = 1,1–1,15 от наибольшей из нагрузок на отдельных режимах летом:

.

Например, мощность бытовых и общесудовых потребителей лесовоза пр.15750 водоизмещением 8328 т при эксплуатационной мощности двигателя 2780 кВт, отдаваемой на винт регулируемого шага, приведена в табл.4.17.

Таблица 4.17 Общесудовые потребители электричества

В табл.4.18 приведены результаты расчета мощности на отдельных режимах эксплуатации с использованием зависимостей, приведенных выше.

Таблица 4.18 Нагрузка электростанции на характерных режимах эксплуатации

Расчетная мощность определяется аварийным режимом и составляет ок. 500 кВт. На данном судне установлена электростанция, включающая один валогенератор без стабилизатора частоты BW II L35/RKAV500 мощностью 500 кВт, два дизель-генератора ДГР 2А 500/500-1 мощностью 500 кВт каждый и один аварийный дизель-генератор АДГФ 100/1500 мощностью 100 кВт. Последний предназначен для питания средств борьбы за живучесть и спасательных средств.

Напомним некоторые основные положения Правил Регистра РФ о комплектовании судовых электростанций:

• нельзя чрезмерно дробить мощность;
• нужно устанавливать однотипные агрегаты;
• на всех режимах должен быть резервный генератор с мощностью, равной мощности наибольшего из основных генераторов;
• коэффициент загрузки генераторов не ниже 0,7.

Для выбора рационального состава СЭС нужно обратиться к базе данных по дизель-генераторам (табл.3.12 или 3.13) и подобрать такие генера­торы, чтобы с учетом требований Правил Регистра удовлетворить требования табл.4.18 и при этом обеспечить наименьшую возможную установленную мощность – сумму мощностей всех установ­ленных генераторов.

С этой точки зрения комплектация, указанная выше и принятая в соответствии со спецификацией на судно, не является, строго говоря, оптимальной. На стояночном режиме без грузовых операций ожидается загрузка одного генератора на 55% (275/500), что ниже загрузки, рекомендуемой Правилами, и приведет к неоправданному снижению КПД генератора. Вероятно, три дизель-генератора марки ДГР 1А 320/500 мощностью по 320 кВт лучше обеспечат этот и другие режимы эксплуатации судна.

Электростанция, выбранная на основе расчетов аналитическим методом, в дальнейшем, после комплектования всего комплекса судового электрооборудования, проверяется методом таблиц нагрузок. В табл.4.19 приведена установленная мощность потребителей электрической энергии лесовоза пр.15750 с разбивкой по шести группам, а также в сумме.

Таблица 4.19 Суммарная установленная мощность потребителей электроэнергии

Суммарная установленная мощность всех потребителей на данном судне около 2000 кВт, однако не все потребители работают одновременно и работающие не включены не полную мощность. В табл.4.20 представлена сводная таблица нагрузок электростанции судна пр.15750 на характерных режимах эксплуатации судна. Рассмотрено шесть режимов: 1 – съемка с якоря; 2 – ходовой режим; 3 – стоянка с грузовыми операциями; 4 – стоянка без грузовых операций; 5 – аварийный (пожар или пробоина) при работе основной электростанции; 6 – аварийный режим при работе аварийного дизель-генератора.

В первом столбце табл.4.20 указаны идентификаторы групп оборудования J, соответствующие таковым же из табл.4.19. Во втором столбце указан характер нагрузки отдельного оборудования из группы на данном режиме – НР – непрерывно работающие механизмы или ПР – периодически включаемые. В остальных столбцах табл.4.20 приведена суммарная нагрузка потребителей на режиме. Для каждого режима по каждой группе и характеру нагрузки (НР или ПР) приведены две цифры – P – активная мощность потребляемая оборудованием, кВт, и Q – реактивная мощность, возникающая при движении переменного тока в обмотках, обладающих индуктивностью. Реактивная нагрузка измеряется в кВАр – киловольт-амперах реактивной мощности.

В заключительной части таблицы проводится раздельное суммирование активных и реактивных нагрузок по группам потребителей для двух видов нагружения; определяется полная нагрузка для непрерывно работающих Nн и периодически включаемых Nп потребителей и коэффициент мощности для непрерывно работающих потребителей Kмощн=cos(Pн / Nн). Расчетные нагрузки на отдельных режимах получаются суммированием активных нагрузок механизмов. Для мощности периодически включае­мых механизмов вводится коэффициент одновременности, меньший единицы.

Выбор генераторов производится исходя из условия превышения его активной и полной мощности над соответствующими нагрузками совокупности потребителей электрической энергии.