Судовая турбоэлектрическая гребная установка Советский патент 1985 года по МПК B63H23/00 

д нонденсатор

Фиг.1 Изобретение относится к судострое нию, в частности к турбоэлектрическим гребным установкам. Известна судовая турбоэлектричес кая гребная установка, содержащая гребной электрический двигатель, по ключенный к электрическому генерато ру через электрический преобразователь, и паровую турбину с регулятором частоты вращения, связанным с р гулирующим паровыпускным клапаном I Недостатками этой установки явля ются длительность процесса торможения гребных электродвигателей при реверсе гребного винта и связанное С этим понижение технико-экономичес ких эксгшуатационных показателей судна и ухудшение его маневренных качеств. Цель изобретения - улучшение маневренных качеств судна и повышение технико-экономических эксплуата ционных показателей судна. Указанная цель достигается тем, ; что в судовой турбоэлектрической гребной установке, содержащей гребной электрический двигатель, подключенный к электрическому генератору через электрический преобразователь, и паровую турбину с регул тором частоты вращения, связанным с регулирующим паровпускным клапаном паровая турбина снабжена тормозными ступенямиJ имеющими направляющие и рабочие лопатки, противоположно направленные соответствующим лопаткам основных ступеней, к регулирующим клапаном подвода пара к тормозным ступеням, связанным с указанным регулятором частоты вращения турбины, при этом электрический преобразователь выполнен обратимым. На фиг.1 изображена функциональн схема предлагаемой судовой Турбоэлектрической гребной установкиJ на фиг.2 - реверсивная моментная характеристика гребного винтаj на фиг.З - график зависимости отношения времени торможения гребного электродвигателя в предлагаемой установке ко времени торможения в базовой установке от мощности, гася щейся при торможении в тормозных ступенях турбины..Установка содержит первичный двигатель - паровую турбину 1 снаб женную регулятором 2 частоты вращения. связанным с регулирующим паровпускным клапаном 3 основЕ1ых ступеней 4 турбины 1, стоящим на главном паропроводе от паррпроизводящей установки 5 к турбине 1, имекщем клапан 6 сброса пара через дроссельноувлажнительное устройство в конденсатор. Турбина 1 механически соединена с электрическим генератором 7, которьй через электрический преобразователь 8 подключен к гребному электродвигателю 9, связанному с гребным винтом 10. Генератор 7 и гребной электродвигатель 9 связаны с системой 11 управления гребной электрической установкой. Преобразователь 8 выполнен обратимым, а паровая турбина 1 снабжена тормозными ступенями 12, направляющие и рабочие лопатки KOTopt ix повернуты противоположно соответствующим лопаткам основных ступеней 4, и регулиру ощнм клапаном 13, установленным на подводе пара к тормозным ступеням 12 и связанным с регулятором 2 частоты вращения. В качестве преобразователя может быть использован, например управляемый в:.ц1рямитель, допускающий, работу в инверторном релсиме (в случае использования в установку генераторов . переменного тока, а двигателей постоянного тока), или управляемьй обратимьш преобразователь частоты (в случае использования в установке генераторов ,и двигателей переменного тока). Судовая турбоэлектрическая гребная установка работает в режиме реверса, как наиболее характерном маневре, следующим образом. Реверс гребного электродвигателя 9 производится по сигналу из системы 11 управления гребной электрической установки. При этом гребной электродвигатель 9, как и любой электродвигатель, в режиме торможения (начальной фазе реверса) переходит в генераторньй режим, приводя во вращение через обратимый преобразователь 8 генератор 7, п решедший в двигательный , которьй, в свою очередь, начинает рэ.згонять первичный двигатель - турбину 1s разгружая ее. Как известно, реверсивные моментные характеристики гребных винтов имеют область, в которой гребной винт работает Б режиме гидротурбины при,продолжающемся инерционном движении судна в прежнем направлении (фиг.2, участок Ь с ( ) В режиме торможения судна турбина 1 раскручивается генератором 7 за счет энергии инерционного движения судна, выделяемой гребным винтом 10. В период уменьшения нагрузки на турбине 1 регулятор 2 частоты вращения прикрывает регулирующий клапан 3 основных ступеней 4 вплоть до полного его закрытия. При дальнейшем увеличении рекуперируемой мощности на турбину, обуславливающем ее разгон выше частоты вращения холостого хода, регулятор 2 час тоты вращения начинавт открывать регулирующий клапан 13 подвода пара к тормозным ступеням 12. При это происходит гашение рекуперируемой от гребного винта мощности, сопровождаемое интенсивнымторможением гребного электродвигателя 9, работающего Б генераторном режиме. Посл остановки двигателя регулирующий клапан 13 закрывается и происходит разгон гребного электродвигателя в обратном направлении при открытом клапане 3. Излишки производимого паропроизводящей установкой 5 пара при манев роваЕши сбрасываются через клапан со своим регулятором (не показан) и дроссельно-увлажнительное устройство в конденсатор. Таким образом, в предлагаемой установке осу1цествляется форсирова ние реверса гребного электродвигателя путем полезного использования при реверсе гребного винта избыточной мощности паропроизводящей установки 5. Для пояснения энергетических про цессов, происходящих в предлагаемой турбоэлектрической гребной установк при реверсе, рассмотрим реверсивную характеристику гребного винта (фиг.2). Будем считать, что скорос судна в процессе реверса винта не изменяется, т.е. реверсивная харак теристика гребного винта остается неизменной. Ошибка при этом допущении невелика, так как время реве са судна исчисляется минутами, а в мя реверса гребного двигателя - с кундами. Реверсивная характеристика имее участок tcJ. от частоты вращения СОд ДО О , характеризуемый отрицательной величиной мощности Р-Wco , то означает не потребление гребным винтом энергии, а ее выделение. Количество энергии, вьщеляемой гребным винтом при торможении, при принятых допущениях вьгражается «.3,,-и, суммарный момент инерции винта, двигателя, валопроБода и присоединенной массы воды; начальная угловая скорость торможения во втором квадратеi площадь, ограниченная кривой со i (со и оськ) Ссо) ; ь- время торможения (уравнение 4,88) . При этом время торможения гребного винта во втором квадрате реверсивной характерист11ки от WQ до О при рекуперации энергии на турбину можно найти, используя вьфа жение (4.90) и учитьшая, что энергия, передаваемая от винта к гребному электрическому двигателю расходуется не только на потери в системе электродвижения (V.-, , но и гасится в тормозкь}х ( ...p ) ступенях:,,, (j.P,..l, где ii.Pj 5 РТС мощности, соответ- . ствующиа Wp и Vv.. . Из выражений (1) и (2), приравгьчв их получают: выражения (3) видно, что увеличение мощности тормозных ступеней турбины приводит к уменьшению времени торможения гребного винта i. , В качестве прототипа принята турбоэлектрическая гребная установка атомного ледокола Арктика. Предлагаемая турбоэлектрическая гребная установка отличается от прототипа выполнением преобразователя обратимым и наличием в турбине тормозных ступеней, что улучшает маневренные качества судна, а именно уменьшает время торможения гребного

СУДОВАЯ ТУРБОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ГРЕБНАЯ УСТАНОВКА, содержащая гребной электрический двигатель, подключенный к электрическому генератору через электрический преобразователь. / п 3 и паровую турбину с регулятором частоты вращения, связанным с регулирующим паровпускным клапаном, о тличающаяся тем, что, с целью улучшения маневренных качеств судна и повышения технико-экономических эксплуатационных показателей судна, в ней паровая турбина снабжена тормозными ступенями, имеющими направляющие и рабочие лопатки, противоположно направленные соответствующим лопаткам основных ступеней, и регулрфующим клапаном подвода пара к тормозным ступеням, связанным с указанным регулятором частоты вращения турбины, при этом электрический преобразователь вьшолнен обратимым. В ««- 00 4