Основные типы судовых синхронных генераторов.

На судах отечественной постройки применяют СГ следующих серий: МСК - морской синхронный с кремнийорганической изоляцией, МСС - морской синхронный с самовозбуждением, ГМС - генератор морской синхронный, ГСС - генератор синхронный с самовозбуждением, СБГ - судовой бесщеточный генератор и др.

Судовые СГ выполняют на напряжения 400 и 230 В, с соединением обмоток статора соответственно по схемам «звезда» и «треугольник», в диапазоне мощностей (30-2000) кВт при номинальном коэффициенте мощности cos φ_ном = 0,8. Серии построены по принципу нарастания мощности при среднем коэффициенте нарастания 1,25-1,5, что облегчает выбор числа и мощности ГА и обеспечивает экономичную работу СЭС во всех режимах работы судна. Частоты вращения генераторов составляют 500, 750, 1000, 1500 и 3000 об/мин. В качестве ПД применяют дизели (при частоте вращения генератора 750 - 1500 об/мин) или турбины (при 1000, 1500 и 3000 об/мин).

Судовые СГ выпускают в горизонтальном исполнении на лапах, с одним свободным концом вала для соединения с турбиной через редуктор или при помощи муфты - с дизелем. Возможно фланцевое исполнение СГ. Самовентиляция осуществляется по замкнутому и разомкнутому циклам. Изоляция обмоток генераторов классов В, F и Н. Режим работы СГ всех типов продолжительный.

Перегрузочная способность СГ:

110% I_ном в течение (60-120) мин.;

125% I_ном в течение (10-30) мин.;

150% I_ном в течение (1-5) мин.;

Судовой дизель генератор

Дизель генератор включает в конструкцию дизельный поршневой двигатель (дизель) внутреннего сгорания, работающий от самовоспламенения разогретой при сжатии воздушно-топливной смеси, а также электрогенератор, вырабатывающий электроэнергию вращением ротора с обмоткой в статоре и передающий эту энергию через регулятор напряжения судовым потребителям.

Дизельный двигатель генератора включает в себя шатунно-поршневую группу, состоящую из камер сгорания с расположенными в них поршнями и шатунами. Энергия воспламенения дизельного топлива передается через поршни и шатуны на коленчатый вал, обеспечивая его возвратно-поступательное движение и его передачу через муфту на вал электрогенератора. Циклы впуска и выпуска газов в камерах сгорания двигателя управляются подвижными клапанами, расположенными в головках его цилиндров. В морской промышленности используются как двухтактные, обеспечивающие рабочий цикл в камере за один оборот коленвала, так и четырехтактные (за два оборота) дизельные генераторы.

В качестве основной силовой установки распространено использование дизельного двигателя (часто двухтактного) с низкой скоростью вращения вала, однако для вспомогательной мощности часто применяется дополнительный четырехтактный высокоскоростной судовой дизель генератор, что увеличивает гибкость судовой энергосистемы.

Современные генераторы для судовых дизелей также часто оснащаются звукопоглощающим кожухом, одновременно служащим для уменьшения вибраций силовой установки.

Размеры дизельного двигателя определяются скоростью вращения его калевала, но из-за падения ресурса двигателя с ее увеличением постоянно работающие дизельные генераторы имеют частоту вращения 250-750 оборотов в минуту – т. н. средне- и малооборотные двигатели. Для современных, особенно частных, судов этот показатель находится в пределах 1500-3600 об/мин.

Одним из вариантов обеспечения судна электроэнергией является использование основного двигателя для питания всех электрических устройств и цепей, однако шумность основного двигателя, его вибрация, расход топлива и выхлоп могут сделать его непрактичной альтернативой специализированному устройству.

Генераторы на 1500-1800 об/мин являются более тихими, эффективными и имеют больший ресурс, чем более быстрые модели двигателей на 3000 или 3600 оборотов в минуту, требующие также больших затрат на их обслуживание. Для судовых генераторов важны: простота обслуживания, цена и надежность; легкость ремонта и доступность запчастей; качество технической поддержки; размер; легкость запуска; минимальное количество управляющей электроники; стабильная работа при высоких температурах, до +50 °C; стабильная работа при значительном угле гребня судна, до 22,5 гр.

Важным условием надежной работы судового дизель генератора является тщательная проверка его работы совместно с управляющей аппаратурой и регулирующей автоматикой.

Для этих целей используется специальное нагрузочное устройство (НУ), допускающее проведение проверки, предусмотренной программой швартовых испытаний, сразу после монтажа или в процессе эксплуатации источников судового электроснабжения во всех режимах их работы. Тестирование судовых дизель генераторов проводится нагрузочным устройством, берущим в испытаниях на себя их динамическую и штатную нагрузку разбивкой модулей НУ на части по 25 % от номинальной мощности, а также созданием испытательной перегрузки со съемом электрических показателей электроустановок. Нагрузочное устройство для испытания судовых дизель генераторов включает активные и реактивные нагрузочные части, коммутационную аппаратуру (шкаф) и управляющий пульт.

Валогенераторы

Валогенераторные электрические установки (ВГУ) являются составной частью судовой электрической станции и предназначены для питания приемников электрической энергией в ходовом режиме работы судна.

К ВГУ относятся установки непосредственного отбора механической энергии от главного двигателя путем соединения генератора электрической энергии либо с гребным валом, либо с валом отбора мощности на самом двигателе. В состав ВГУ входят генератор электрической энергии, передаточное устройство для передачи механической энергии от главного двигателя к генератору и электрическая аппаратура.

Валогенераторные электрические установки могут отличаться друг от друга по различным признакам: по роду передаточного устройства (с механическим, гидравлическим или электромеханическим приводом); по параметрам вырабатываемой электрической энергии (постоянного и переменного тока, с изменяющимися или неизменными параметрами), а также по способу резервирования ВГУ (резервный дизель-генератор или резервный дизель-генератор и аккумуляторная батарея).

Валогенераторная установка должна надежно обеспечивать электрической энергией все приемники ходового режима при заданном диапазоне изменения частоты вращения главного двигателя. При использовании ВГУ с изменяющимися параметрами этот диапазон составляет 85–100% номинальной частоты вращения главного двигателя. При этом напряжение генератора должно изменяться в пределах 85–105% номинального значения напряжения, а частота – в пределах 45,0–52,5 Гц, однако допускается кратковременное повышение частоты до 55 Гц. Как правило, на судне устанавливается один валогенератор, хотя в отдельных случаях их может быть несколько.

В состав электростанции с ВГУ, кроме валогенератора, могут входить резервная аккумуляторная батарея с зарядным устройством и преобразователями, а также один или несколько дизель-генераторов.

Работа валогенераторов – обычно раздельная на свою группу приемников, но в ряде случаев возможна и совместная работа с другими источниками и накопителями электрической энергии (рис. 69). Так, при ВГУ постоянного тока целесообразно использовать параллельную работу валогенератора с аккумуляторной батареей.

Судовые турбогенераторы

Агрегат для выработки электроэнергии, состоящий из соединенных непосредственно или через редуктор турбины и генератора.

 

На судах применяют синхронные генераторы с частотой вращения 3000 или 1500 об/мин. Турбина агрегата может быть паровой или газовой; соответственно этому различают паро- и газотурбогенераторы. Паровые турбины применяют на судах, где предусмотрены паровые котлы для турбин главного хода. Паротурбогенераторы намного экономичнее, чем газотурбогенераторы, но из-за наличия паропроизводящей установки имеют худшие массогабаритные характеристики. На судах с дизельными установками главного хода применяют иногда так называемые утилизационные паротурбогенераторы (УПТГ). Утилизационные турбины потребляют пар от специальных паровых котлов, получающих тепловую энергию от выпускных газов дизеля главного хода. Как паровые, так и газовые турбины проектируются на большие частоты вращения с целью увеличения КПД. Поэтому между турбиной и генератором почти всегда устанавливается редуктор. Газовые турбины имеют небольшие габариты, но потребляют значительно больше топлива. Потребление топлива газотурбогснератором мощностью 100 - 1000 кВт составляет около 200 г/(кВт-ч), то есть в 2 раза больше, чем у дизеля. В связи с этим газотурбо-генераторы чаще применяют на малых судах с автономностью до 3—5 суток.