SU1137015A1 - Судова энергетическа установка (ее варианты) - Google Patents

Abstract

1. Судова  энергетическа  установка , содержаща  главный тепловой двигатель, валогенератор, редуктор, шины судовых электропотребителей, тиристорный преобразователь частоты с электроуправлением, синхронный компенсатор и вспомогательные генераторы , отличающа с  тем, что, с целью повышени  надежности и экономичности установки, синхронный компенсатор снабжен датчиком частоты и фазы, при этом электроуправление тиристорного преобразовател  частоты соединено с выходом датчика и статорной обмоткой валогенератора, a между редуктором и главным тепловым двигателем установлена разъединительна  муфта с автономным управлением .

Description

00

ч

СП

2.Судова  энергетическа  установка , содержаща  главный тепловой двигатель , валогенератор, редуктор, шины судовых электропотребителей, тириторный преобразователь частоты с электроуправлением, синхронный компенсатор и вспомогательные генераторы , отличающа с  тем, что, с целью повьшени  надежности

и экономичности установки, валогенератор снабжен датчиком частоты и фазы , при этом управление тиристорным преобразователем частоты соединено с выходом датчика частоты и фазы и с шинами судовых электропотребителей, а между редуктором и главным тепловым двигателем установлена разъединительна  муфта с автономным управлением .

3.Судова  энергетическа  установка , содержаща  главный тепловой двигатель , валогенератор, редуктор, шины судовых электропотребителей, тиристорный преобразователь частоты с электроуправлением, синхронный компенсатор и вспомогательные генераторы , отличающа с  тем, что, с целью повышени  надежности и экономичности установки, синхронный компенсатор и валогенератор снабжены датчиком частоты и фазы, а электроуправление тиристорным преобразователем частоты - двухпозиционным переключателем , к которому подключены выходы датчиков, шины судовых эле.ктропотребителей и статорна  обмотка валогенератора, при этом выход тиристорного преобразовател  частоты подключен к статорной обмотке валогенератора , а вход - соответственно к выходам шин судовых электропотребителей , при этом между редуктором и главным тепловым двигателем установлена разъединительна  муфта с автономным управлением.

4.Установка по пп. 1 - 3, о тличающа с  тем, что тиристорный преобразователь частоты выполнен в виде управл емого выпр мител  ведомого инвертора.

5.Установка по пп.1 - 3, о т л ичающа  с  тем, что тиристорны преобразователь частоты выполнен в виде циклоконвертора,

6.Установка по пп. 1 - 3, о т личающа с  тем, что датчик частоты и фазы валогенератора и синхронного компенсатора вьшолнен в виде регистратора положени  их роторов

7.Установка по пп. 1 - 3, отличающа с  тем, что датчик частоты и фазы валогенератора и синхронного компенсатора выполнен в виде регистратора напр жени  их статорных обмоток.

Изобретение относитс  к области судостроени , в частности к судовым энергетическим установкам (СЭУ). Известна СЭУ, содержаща  главный тепловой двигатель, валогенератор, редуктор, шины судовых электропотребителей , тиристорный преобразователь частоты с электроуправлением, синхронНьА компенсатор и вспомогательные генераторы. Валогенератор приводитс  во BpaiQeHHe главным тепловым двигателем и отдает мощность на шины судовых электропотребителей через тиристорный преобразователь частоты. Дл  покрыти  потребностей тиристорного преобразовател  частоты в реактивной мощности предусмотрен синхрон ный компенсатор, который работает параллельно со вспомогательными генераторами . Возбуждение синхронного компенсатора регулируетс  в зависимости от нагрузки 3Недостатки установки пониженна  надежность ввиду невозможности использовани  энергии вспомогательных генераторов дл  двнхсени  судна в случае выхода из стро  главного теплового двигател ; необходимость работы вспомогательных генераторов при отборе мощности от валогенератора, что приводит к дополнительному расходу топлива; наличие дополнительного устройства дл  запуска срнхронного компенсатора; невозможность использовани  дополнительной мощности вспомогательных генераторов дл  дви жени  судна в экстремальных услови х; невозможность отбора мощности о гребного винта, работающего в режим гидротурбины без существенных измен ний в электросхеме; сложность подго товки судовой энергетической устано ки при переходе с одного источника питани  на другой. Указанные недостатки невозможно устранить в одной судовой энергетической установке, как и невозможно разработать установку, удовлетвор ю щую все типы судов. Так, дл  кораблей ,буксиров, спасателей первостепе ным  вл етс  надежность, долговечность , возможность увеличени  скорос ти в экстремальных режимах даже в ущерб другим технико-экономическим показател м. В то же врем  дл  транс портных судов одной из главных харак теристик  вл етс  экономичность работы при условии своевременной доста ки грузов. Установки многоцелевых су дов должны удовлетвор ть тем и другим требовани м. Поэтому предлагаетс  несколько вариантов судовых энергетических установок дл  судов различного назначени , в которых устранены эти недостатки. Цель изобретени  - повышение надежности и экономичности установки. Поставленна  цель достигаетс  тем что в судовой энергетической установ ке, содержащей в первом варианте, главный тепловой двигатель, валогенератор , редуктор, шины судовых элек ропотребителей, тиристорный преобразователь частоты с электроуправлением , синхронный компенсатор и вспомогательные генераторы, синхронный компенсатор снабжен датчиком частоты и фазы, при этом электроуправление тиристорного преобразовател  частоты соединено с выходом датчика и ста торной обмоткой валогенератора, а между редуктором и главным -тепловым двигателем установлена разъединитель на  муфта с автономным управлением, По второму варианту в установке, содержащей главный тепловой двигатель , валогенератЬр, редуктор, шины судовых электропотребителей, тиристорный преобразователь частоты с электроуправлением, синхронный компенсатор и вспомогательные генераторы , валогенератор снабжен датчиком 0154 частоты и фазы, при этом управление тиристорным преобразователем частоты соединено с выходом датчика частоты и фазы и с шинами судовых электропотребителей , а между редуктором и главным тепловым двигателем установлена разъединительна  муфта с автономным управлением. По третьему варианту в установке содержащей главный тепловой двигатель, валогенератор,редуктор,шины судовых электропотребителей,тиристорный преобразователь частоты с электроуправлением , синхронный компенсатор -и вспомогательные гeнepaтopЫj синхронный компенсатор и валогенератор снабжены датчиками частоты и фазы, а электроуправление тиристорным преобразователем частоты -. двухпозиш1онным переключателем , к которому подключены выходы датчиков, шины судовых электропотребителей и статорна  обмотка валогенератора, при этом выход тиристорного преобразовател  частоты подключен к статорной обмотке валогенератора , а вход соответственно к выходам шин судовых электропотребителей , при этом между редуктаром и главным тепловым двигателем установлена разъединительна  муфта с автономным управлением. В одной из модифика1Д1й гиристорный преобразователь частоты выполнен в виде управл емого выпр мител  ведомого инвертора. В другой модификации тиристорный преобразователь частоты вьшолнен в виде циклоконвертора. В другой модификации датчик частоты и фдзы валогенератора и синхронного компенсатора выполнен в.виде регистраторов положени  их роторов. В другой модификации датчик частоты и фазы валогенератора и синхронного компенсатора выполнен в виде регистратора напр жени  их статорных обмоток в предлагаемой СЭУ снабжение синхронного компенсатора (СК) датчиком частоты и фазы дает возможность осуществить плавный пуск его от валогенератора через тиристорный преобразователь частоты (ТПЧ) и при достиении СК номинальной частоты вращени  подсоединить к шинам судовые лектропотребители. Таким образом уск СК и отбор мощности от валогенератора достигаетс  без работы вспомогательных генераторов, что повьшает надежность установки и дает экономию топлива.

Снабжение валогенератора датчиком частоты и фазы позвол ет осуществить плавный пуск валогенератора и последугацее его регулирование частоты вращени  от ТПЧ (дл  передачи энергии от вспомогательных генераторов на гребной BHHTj при посто нньос параметрах судовой электростанции (частоты и напр жени  вспомогательных генераторов), т.е. без провалов напр жени  и частоты на шинах судовых электропотребителей, тем самым обеепечива  надежную,работу судовых элекропотребителей и передачу энергии .вспомогательных генераторрв на гребной винт в экстремальных и аварийных ситуа1щ х, что повышает надежность установки.

Установка разъединительной муфты между редуктором и главным тепловым двигателем позвол ет отсоединить главный тепловой двигатель от редуктора в случае выхода его из стро  и использовать энергию вспомогательных генераторов дл  движе.ни  судна, а также при буксировке судна либо при ходе судна под парусами, при использовании энергии гребного винта, работающего в режиме гидротурбины, дл  питани  общесудовьЕК электропотребителей . Снабжение схемы управлени  тиристорным преобразователем частоты двухпозиционным переключателем, который соединен цеп ми с датчиками частоты и фазы, статорной обмоткой валогенератора и шинами судовых злектропотребителей позвол ет выборочно подключать цепи датчика частоты и фазы и цепи синхронизирующего напр жени  к схеме управлени  ТГГЧ в зависимости от режимов работы валогенератора (отбор мощности, работа в качестве вентильного двигател  на движение судна). ., - ,

Соединение выхода (входа) ТПЧ со статорной обмоткой валогенератора, а входа (выхода) ТПЧ с шинами общесудовых электропотребителей позвол ет использовать установленньш ТПЧ дл  передачи энергии вспомогательных генераторов на гребной винт (валогенератор работает в режиме вентильного двигател ) либо осуществл ть отбор мощности от валогенератора на судовые электропотребители.

Применение в качестве ТПЧ управл емого вьтр мител  - ведомого инвер тора - целесообразно дл  малых и средних мощностей валогенераторов.

Использование циклоконвертора в качестве ТПЧ дает возможность улучшить массо-габаритные характеристики установки и КПД дл  средних и больших мощностей валогенераторов, исключить дополнительные коммутирующие элементы при пуске ВГ, СК.

В качестве датчика частоты и фазы можно использовать известные датчики положени  роторов электрических ма1цин , установленных на их валу, или известные датчики напр жени  их статорных обмоток.

Установка датчика положени  ротора на валу машины иногда вызывает определенные трудности или в некоторых случа х невозможна. Тогда в качё .стве датчика частоты и фазы целесообразно применение датчиков напр жени ,

Па фиг. 1 изобра;-кена принципиальна  схема СЭУ по первому варианту; на фиг. 2 - то же, по BTOpot-iy варианту на фиг. 3 - то же, по третьему варианту.

СЗУ (вариант 1), изображенна  на фиг. 1, содержит главный тепловой двигатель .1, валогенератор (ВГ) 2, . шины 3, 4 судовых электропотребителей , тиристорный преобразователь частоты 5 (ТПЧ) с электроуправлением 6, синхронный компенсатор (СК) 7, вспомогательные генераторь 8, 9, вспомогательные тепловые двигатели 10, 11, датчик частоты и фазы 12, дополнительные электрические цепи 13, 14, разъединительную муфту 15, редуктор 16, гребной винт 17, автоматические выключатели (АВ) 18 - 26, разъединитель 27.

В предложенном варианте СЭУ главный тепловой двигатель 1 механически св зан с гребным винтом 17 через редуктор 16 и разъединительную муфту 15. ВГ 2 соединен с ТПЧ 5 и шинами судовьЕх электропотребителей 3 с помощью АВ 18, 19. Дополнительные электрические цепи 13, 14 соедин ют выход датчика частоты и фазы и ста .торную обмотку ВГ 2 со схемой управлени  6 ТПЧ 5. Вспомогательные генераторы 8, 9 подсоединены к UIHHEM 4 АВ 24, 26, а СК 7 - АВ 21. Между шинами 3, 4 установлен разъединител 27, а судовые электропотребители по ключены к шинам 3, 4 с помощью АВ 2 22, 23, 25. СЭУ работает следующим образом. В ходовом режиме ВГ 2 приводитс  во вращение главным тепловым двигат лем 1 через редуктор 16 (муфта 15 включена). При частоте вращени  гла ного теплового двигател  1 выше ниж ней эксплуатационной валогенератор автоматически вводитс  в работу: по ключаютс  цепи 13, 14 к электроупра лению 6 ТПЧ, включаютс  АВ 18, 19, устанавливаютс  заданные величины н пр жени  и частоты на выходе ТПЧ 5, включаетс  АВ 21 и напр жение ВГ 2 через ТПЧ 5 подаетс  на СК 7. Осуществл етс  плавный пуск СК 7, рабо тающего в режиме вентильного двигат л  . Коммутаци  тока тиристоров ТПЧ (циклоконвертера) при низких частотых осуществл етс  напр жением ВГ 2 а при высоких частотах - напр жением СК 7. При достижении СК 7 номинальной частоты вращени  и установк заданных величин напр жени  и часто ты на шинах судовых электропотребителей 3, к шинам подсоедин ютс  приемники электрической энергии АВ 20, 22. Если энергии, поступающейот ВГ Ij достаточно дл  питани  судовых электропотребителей, то вспомогательные генераторы 8, 9 отключаютс  от шин 4, при этом вспомогатель ные тепловые двигатели 10, 11 не работают , а разъединитель 27 замкнут. Следовательно, отбор мощности ВГ 2 через- ТПЧ 5 осуществл етс  без работы вспомогательных генераторов 8, 9 что дает экономи  топлива. В схеме предусмотрена как параллельна  работа ВГ 2 и вспомогательных генераторов 8, 9, так и автономна . При автономной работе разъединитель 27 разомкнут. Напр жение н частота на шинах 3, 4 поддерживаютс  посто нными (номинальными) при измен ющейс  частоте вращени  главного двигател , гребного винта 17, работающего в режиме гидротурбины с помощью электроуправлени  6 ТИЧ 5, дат чиком частоты и фазы 12 синхронного компенсатора 7 и системой возбуждени  ВГ 2 (не рассматриваетс ). Следо вательно, отбор мощности от ВГ 2 через ТПЧ 5 на судовые электропотребители от главного двигател  1, от гребного винта 17, работающего в режиме гидротурбины (при буксировке судна, ходе судна под парусами), осуществл етс  без работы вспомогательных генераторов 8, 9, что дает экономию топлива. Стабильность параметров на шинах 3, 4 повьш1ает надежность работы судовых электропотребителей. СЭУ (вариант 2), изображенна  на , фиг. 2 содержит главный тепловой двигатель 1 , ВГ 2, шины 3, 4 общееудо вых электропотребителей, ТПЧ 5 с электроуправлением 6, вспомогательные генераторы 8, 9 и тепловые двигатели 10, 11, датчик частоты и фазы 28, ВГ 2, дополнительные электричес- . кие цепи 29, 30, разъединительную муфту 15, редуктор 16, гребной винт 17, АВ 18 - 20, 22 - 26, разъединитель 27. В предложенном варианте СЭУ соединение элементов аналогично варианту 1. СЭУ работает следуюш11м образом. В аварийных или экстремальных режимах мощность от вспомогательных генераторов 8, 9 передаетс  на гребной винт t7 через ТПЧ 5, ВГ 2 при замкнутых АВ 19, 21, разъединителе 27. Пуск ВГ 2 осуществл етс  аналогично пуску СК 7. Регулирование частоты вращени  ВГ 2 осуществл етс  электроуправлением 6 ТПЧ 5, датчиком частоты и фазы 28, системой возбуждени  ВГ (не рассматриваетс ). Коммутаци  тиристоров ТПЧ 5 (циклоконвертера ) в данном режиме на низких частотах осуществл етс  напр жением вспомогательных генераторов 8, 9, на выcoKtnc - напр жением ВГ 2. В аварийных ситуаци х главный теповой двигатель 1 отключаетс  от реуктора 16 соединительной муфты 15 и требуема  мощность от вспомогательньк генераторов 8, 9 передаетс  на гребной винт 17 ВГ 2 через ТПЧ 5. В экстремальных ситуаци х (обеспеение максимального хода судна, залинивание винта) ВГ 2 работает совестно с главным тепловым двигателем 1. В этом случае управление ТПЧ 5 и сисемой управлени  главным тепловым двиателем 1 производитс  согласованно. Таким образом, во втором варианте ЭУ повышение надежности уста:новки остигаетс  за счет использовани  нергии вспомогательных генераторов удовой электростанции дл  движени .

при выходе из стро  главного теплового двигател , или в экстремальных услови х (обеспечение максимального хода и т.д.) при совместной работе малогенератора с главным тепловым двигателем.

СЭУ (вариант 3), изображенна  на фиг. 3, содержит все элементы варианта 1 и 2 и дополнительно двухпозиционный переключатель 31, силовые цепи 32, 33, АВ 34, 35.

Двухпозиционньй переключатель 31 соединен со статорной обмоткой ВГ 2, шинами судовых электропотребителей 4, датчиками частоты и фазы 12, 28. Дополнительные силовые цепи 32, 33 соедин ют ВГ 2 с выходом ТПЧ 5 и вход ТПЧ 5 с шинами судовых электропотребителей 4.

В данном варианте СЭУ вводом в схему управлени  6 ТПЧ 5 двухпозиционного переключател  31 и.вводом дополнительных силовых цепей 32, 33 достигаетс  возможность использовани  установленного ТПЧ 5 дл  отбора мощности от ВГ 2 на шины 3 общесудовых электропотребителей с последующей стабилизацией частоты и напр жени  и дл  передачи энергии от вспомогательных генераторов 8, 9 на греб .ной винт Г7ВГ2 работает в режиме вентильного двигател ) при работающем главном тепловом двигателе 1 или при выходе его из стро .

В первом случае(отборе мощности от ВГ 2) двухпозиционный переключатель 31 подключает цепи 13, 14 к схеме управлени  6 ТПЧ 5. Набираетс  цепь: ВГ 2 - ТПЧ 5 - СК 7. Дл  этого включаютс  АВ 18, 19, 21 (АВ 34, 35, разъединитель 27 разомкнуты). После ,дующие операции и принцип работы СЭ аналогичны варианту 1.

В другом случае (передаче энергии от вспомогательных генераторов 8, 9 к гребному винту 17) двухпозиционный переключатель 31 подключает цепи 29, 30 к схеме управлени  6 ТПЧ 5. Автоматическими выключател ми 35, 34, 24, 26 (при раjOMKHyTbix АВ 18, 19) ВГ 2 подключаетс  к ТПЧ 5 и далее к вспомогательньм генераторам 8, 9. Таким образом, набираетс  цепь дл  передачи энергии от вспомогательных генераторов 8, 9 к гребному винту 17, Последующие операции и принцип работы СЭУ аналогичны варианту 1.

Таким образом, достигаетс  экономи  топлива за счет исключени  из вспомогательных тепловых двигателей при отборе мощности на судовые электропотребители от валогенератора приводимого во вращение главным тепловым двигателем, гребным винтом, работающим в режиме гидротурбины при буксировке судна, ходе судна под парусами и неработающем главном двигателе . Повышение надежности установки достигаетс  за счет использовани  энергии вспомогательных генараторов судовой электростанции дл  движени , при выходе из стро  главного теплового двигател , или в экстремальных услови х (обеспечение максимального хода, освобождени  винта от заклинивани  и т.д.) при совместной работе валогенератора с главным тепловьгм двигателем. В то же врем  неучтениьй экономический эффект от использовани  валогенератора дл  движени  судна в аварийных или экстремальных ситуаци х может составить стоимость судна.

Claims (7)

1. Судовая энергетическая установка, содержащая главный тепловой двигатель, валогенератор, редуктор, шины судовых электропотребителей, тиристорный преобразователь частоты с электроуправлением, синхронный компенсатор и вспомогательные генераторы, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и экономичности установки, синхронный компенсатор снабжен датчиком частоты и фазы, при этом электроуправление тиристорного преобразователя частоты соединено с выходом датчика и статорной обмоткой валогенератора, а между редуктором и главным тепловым двигателем установлена разъединительная муфта с автономным управлением.

2. Судовая энергетическая установка, содержащая главный тепловой двигатель, валогенератор, редуктор, шины судовых электропотребителей, тиристорный преобразователь частоты с электроуправлением, синхронный компенсатор и вспомогательные генераторы, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и экономичности установки, валогенератор снабжен датчиком частоты и фазы, при этом управление тиристорным преобразователем частоты соединено с выходом датчика частоты и фазы и с шинами судовых электропотребителей, а между редуктором и главным тепловым двигателем установлена разъединительная муфта с автономным управлением.

3. Судовая энергетическая установка, содержащая главный тепловой двигатель, валогенератор, редуктор, шины судовых электропотребителей, тиристорный преобразователь частоты с электроуправлением, синхронный компенсатор и вспомогательные генераторы, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и экономичности установки, синхронный компенсатор и валогенератор снабжены датчиком частоты и фазы, а электроуправление тиристорным преобразователем частоты - двухпозиционным пе реключателем, к которому подключены выходы датчиков, шины судовых эле.ктропотребителей и статорная обмотка валогенератора, при этом выход тиристорного преобразователя частоты подключен к статорной обмотке валогенератора, а вход - соответственно к выходам шин судовых электропотребителей, при этом между редуктором и главным тепловым двигателем установлена разъединительная муфта с автономным управлением.

4. Установка по пп. 1 - 3, о тличающаяся тем, что тиристорный преобразователь частоты выполнен в виде управляемого выпрямителя ведомого инвертора.

5. Установка по пп.1 - 3, отличающая ся тем, что тиристорный преобразователь частоты выполнен в виде циклоконвертора.

6. Установка по пп. 1 - 3, о т личающаяся тем, что датчик частоты и фазы валогенератора и синхронного компенсатора выполнен в виде регистратора положения их роторов.

7. Установка по пп. 1 - 3, о т личающаяся тем, что датчик частоты и фазы валогенератора и синхронного компенсатора выполнен в виде регистратора напряжения их статорных обмоток.