Судовая энергетическая установка (ее варианты) Советский патент 1985 года по МПК B63H23/24 

00

ч

СП

2.Судовая энергетическая установка, содержащая главный тепловой двигатель, валогенератор, редуктор, шины судовых электропотребителей, тириторный преобразователь частоты с электроуправлением, синхронный компенсатор и вспомогательные генераторы, отличающаяся тем, что, с целью повьшения 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 переключателем, 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, о т л ичающая ся тем, что тиристорны 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 вьшолнен в виде регистратора положения их роторов

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

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, a между редуктором и главным тепловым двигателем установлена разъединительная муфта с автономным управлением.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к судовым энергетическим установкам (СЭУ). Известна СЭУ, содержащая главный тепловой двигатель, валогенератор, редуктор, шины судовых электропотребителей, тиристорный преобразователь частоты с электроуправлением, синхронНьА компенсатор и вспомогательные генераторы. Валогенератор приводится во BpaiQeHHe главным тепловым двигателем и отдает мощность на шины судовых электропотребителей через тиристорный преобразователь частоты. Для покрытия потребностей тиристорного преобразователя частоты в реактивной мощности предусмотрен синхрон ный компенсатор, который работает параллельно со вспомогательными генераторами. Возбуждение синхронного компенсатора регулируется в зависимости от нагрузки 3Недостатки установки пониженная надежность ввиду невозможности использования энергии вспомогательных генераторов для двнхсения судна в случае выхода из строя главного теплового двигателя; необходимость работы вспомогательных генераторов при отборе мощности от валогенератора, что приводит к дополнительному расходу топлива; наличие дополнительного устройства для запуска срнхронного компенсатора; невозможность использования дополнительной мощности вспомогательных генераторов для дви жения судна в экстремальных условиях; 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 питания на другой. Указанные недостатки невозможно устранить в одной судовой энергетической установке, как и невозможно разработать установку, удовлетворяю щую все типы судов. Так, для кораблей,буксиров, спасателей первостепе ным является надежность, долговечность, возможность увеличения скорос ти в экстремальных режимах даже в ущерб другим технико-экономическим показателям. В то же время для транс портных судов одной из главных харак теристик является экономичность работы при условии своевременной доста ки грузов. Установки многоцелевых су дов должны удовлетворять тем и другим требованиям. Поэтому предлагается несколько вариантов судовых энергетических установок для судов различного назначения, в которых устранены эти недостатки. Цель изобретения - повышение надежности и экономичности установки. Поставленная цель достигается 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 преобразователя частоты соединено с выходом датчика и ста торной обмоткой валогенератора, а между редуктором и главным -тепловым двигателем установлена разъединитель ная 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 разъединительная 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 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 редуктаром и главным тепловым двигателем установлена разъединительная муфта с автономным управлением. В одной из модифика1Д1й гиристорный преобразователь частоты выполнен в виде управляемого выпрямителя 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 положения их роторов. В другой модификации датчик частоты и фазы валогенератора и синхронного компенсатора выполнен в виде регистратора напряжения 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 вращения подсоединить к шинам судовые лектропотребители. Таким образом уск СК и отбор мощности от валогенератора достигается без работы вспомогательных генераторов, что повьшает надежность установки и дает экономию топлива.

Снабжение валогенератора датчиком частоты и фазы позволяет осуществить плавный пуск валогенератора и последугацее его регулирование частоты вращения от ТПЧ (для передачи энергии от вспомогательных генераторов на гребной BHHTj при постоянньос параметрах судовой электростанции (частоты и напряжения вспомогательных генераторов), т.е. без провалов напряжения и частоты на шинах судовых электропотребителей, тем самым обеепечивая надежную,работу судовых элекропотребителей и передачу энергии .вспомогательных генераторрв на гребной винт в экстремальных и аварийных ситуа1щях, что повышает надежность установки.

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

Соединение выхода (входа) ТПЧ со статорной обмоткой валогенератора, а входа (выхода) ТПЧ с шинами общесудовых электропотребителей позволяет использовать установленньш ТПЧ для передачи энергии вспомогательных генераторов на гребной винт (валогенератор работает в режиме вентильного двигателя) либо осуществлять отбор мощности от валогенератора на судовые электропотребители.

Применение в качестве ТПЧ управляемого вьтрямителя - ведомого инвер тора - целесообразно для малых и средних мощностей валогенераторов.

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

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

Установка датчика положения ротора на валу машины иногда вызывает определенные трудности или в некоторых случаях невозможна. Тогда в качё.стве датчика частоты и фазы целесообразно применение датчиков напряжения,

Па фиг. 1 изобра;-кена принципиальная 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), изображенная 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 связан 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 соединяют выход датчика частоты и фазы и ста.торную обмотку ВГ 2 со схемой управления 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 приводится во вращение главным тепловым двигат лем 1 через редуктор 16 (муфта 15 включена). При частоте вращения гла ного теплового двигателя 1 выше ниж ней эксплуатационной валогенератор автоматически вводится в работу: по ключаются цепи 13, 14 к электроупра лению 6 ТПЧ, включаются АВ 18, 19, устанавливаются заданные величины н пряжения и частоты на выходе ТПЧ 5, включается АВ 21 и напряжение ВГ 2 через ТПЧ 5 подается на СК 7. Осуществляется плавный пуск СК 7, рабо тающего в режиме вентильного двигат ля . Коммутация тока тиристоров ТПЧ (циклоконвертера) при низких частотых осуществляется напряжением ВГ 2 а при высоких частотах - напряжением СК 7. При достижении СК 7 номинальной частоты вращения и установк заданных величин напряжения и часто ты на шинах судовых электропотребителей 3, к шинам подсоединяются приемники электрической энергии АВ 20, 22. Если энергии, поступающейот ВГ Ij достаточно для питания судовых электропотребителей, то вспомогательные генераторы 8, 9 отключаются 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 осуществляется без работы вспомогательных генераторов 8, 9 что дает экономия топлива. В схеме предусмотрена как параллельная работа ВГ 2 и вспомогательных генераторов 8, 9, так и автономная. При автономной работе разъединитель 27 разомкнут. Напряжение н частота на шинах 3, 4 поддерживаются постоянными (номинальными) при изменяющейся частоте вращения главного двигателя, гребного винта 17, работающего в режиме гидротурбины с помощью электроуправления 6 ТИЧ 5, дат чиком частоты и фазы 12 синхронного компенсатора 7 и системой возбуждения ВГ 2 (не рассматривается). Следо вательно, отбор мощности от ВГ 2 через ТПЧ 5 на судовые электропотребители от главного двигателя 1, от гребного винта 17, работающего в режиме гидротурбины (при буксировке судна, ходе судна под парусами), осуществляется без работы вспомогательных генераторов 8, 9, что дает экономию топлива. Стабильность параметров на шинах 3, 4 повьш1ает надежность работы судовых электропотребителей. СЭУ (вариант 2), изображенная 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 передается на гребной винт t7 через ТПЧ 5, ВГ 2 при замкнутых АВ 19, 21, разъединителе 27. Пуск ВГ 2 осуществляется аналогично пуску СК 7. Регулирование частоты вращения ВГ 2 осуществляется электроуправлением 6 ТПЧ 5, датчиком частоты и фазы 28, системой возбуждения ВГ (не рассматривается). Коммутация тиристоров ТПЧ 5 (циклоконвертера) в данном режиме на низких частотах осуществляется напряжением вспомогательных генераторов 8, 9, на выcoKtnc - напряжением ВГ 2. В аварийных ситуациях главный теповой двигатель 1 отключается от реуктора 16 соединительной муфты 15 и требуемая мощность от вспомогательньк генераторов 8, 9 передается на гребной винт 17 ВГ 2 через ТПЧ 5. В экстремальных ситуациях (обеспеение максимального хода судна, залинивание винта) ВГ 2 работает совестно с главным тепловым двигателем 1. В этом случае управление ТПЧ 5 и сисемой управления главным тепловым двиателем 1 производится согласованно. Таким образом, во втором варианте ЭУ повышение надежности уста:новки остигается за счет использования нергии вспомогательных генераторов удовой электростанции для движения.

при выходе из строя главного теплового двигателя, или в экстремальных условиях (обеспечение максимального хода и т.д.) при совместной работе малогенератора с главным тепловым двигателем.

СЭУ (вариант 3), изображенная 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 соединяют ВГ 2 с выходом ТПЧ 5 и вход ТПЧ 5 с шинами судовых электропотребителей 4.

В данном варианте СЭУ вводом в схему управления 6 ТПЧ 5 двухпозиционного переключателя 31 и.вводом дополнительных силовых цепей 32, 33 достигается возможность использования установленного ТПЧ 5 для отбора мощности от ВГ 2 на шины 3 общесудовых электропотребителей с последующей стабилизацией частоты и напряжения и для передачи энергии от вспомогательных генераторов 8, 9 на греб.ной винт Г7ВГ2 работает в режиме вентильного двигателя) при работающем главном тепловом двигателе 1 или при выходе его из строя.

В первом случае(отборе мощности от ВГ 2) двухпозиционный переключатель 31 подключает цепи 13, 14 к схеме управления 6 ТПЧ 5. Набирается цепь: ВГ 2 - ТПЧ 5 - СК 7. Для этого включаются 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 управления 6 ТПЧ 5. Автоматическими выключателями 35, 34, 24, 26 (при раjOMKHyTbix АВ 18, 19) ВГ 2 подключается к ТПЧ 5 и далее к вспомогательньм генераторам 8, 9. Таким образом, набирается цепь для передачи энергии от вспомогательных генераторов 8, 9 к гребному винту 17, Последующие операции и принцип работы СЭУ аналогичны варианту 1.

Таким образом, достигается экономия топлива за счет исключения 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 достигается за счет использования энергии вспомогательных генараторов судовой электростанции для движения, при выходе из строя главного теплового двигателя, или в экстремальных условиях (обеспечение максимального хода, освобождения винта от заклинивания и т.д.) при совместной работе валогенератора с главным тепловьгм двигателем. В то же время неучтениьй экономический эффект от использования валогенератора для движения судна в аварийных или экстремальных ситуациях может составить стоимость судна.