Даниленко Д.В ЭОС. Электрооборудование судов
 Скачать 1.29 Mb.
|
 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ МОРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени адмирала Г.И. Невельского (МГУ им. адм. Г.И. Невельского) Судомеханический факультет Кафедра Электрооборудования и автоматики судов РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ по дисциплине «Электрооборудование судов» Выполнил курсант 0241 гр: Даниленко Д.В Проверил: Устюгов С.И. Владивосток 2021 Задание Вариант Б27 Тип судна Танкер W= 68000 т., N= 35000 л.с.; ДВС с ВРШ; знак А2. Таблица 1 Список судовых потребителей
Описание судна прототипа  Танкер-химовоз – означает грузовое судно, построенное или приспособленное и используемое для перевозки наливом любого жидкого продукта, указанного в главе 17 международного кодекса по химовозам. Танкеры-химовозы обычно имеют серию отдельных грузовых танков, которые либо покрыты специальными покрытиями, такими как фенольная эпоксидная смола или цинковая краска, либо изготовлены из нержавеющей стали. Покрытие или материал грузового танка определяет, какой тип груза может перевозить конкретный танк: цистерны из нержавеющей стали необходимы для агрессивных кислых грузов, таких как серная и фосфорная кислота , в то время как «более легкие» грузы - например, растительное масло - можно перевозить в цистернах с покрытием эпоксидной смолой . Покрытие или материал резервуара также влияют на скорость очистки резервуаров. Судно прототип : MARIA M Дейдвейт: 60057 тонн Длина 176м Ширина 31м 2.1 Расчет мощности судовой электростанции Расчет мощности судовой электростанции производится методом нагрузочных таблиц. Задачей составления нагрузочной таблицы является определение мощности электростанции в различных режимах работы судна и выбор основных и резервных генераторов [3, с.16]. Согласно требованиям Российского Морского Регистра Судоходства (РМРС) таблицы нагрузок должны отражать для грузовых судов следующие режимы [6, с. 123]: 1) Ходовой режим – основной режим, в котором работают все механизмы, обеспечивающие движение судна, бытовые потребители, средства судовождения и связи. 2) Манёвренный – в этом режиме работают якорно-подъёмные и швартовные устройства, а также все механизмы, обеспечивающие движение судна, бытовые потребители. 3) Стоянка без грузовых операций – стоянка на рейде или у необорудованного причала с работой собственной электростанции или режим стоянки у оборудованного причала, когда судно получает электроэнергию с берега. 4) Стоянка с грузовыми операциями – в этом режиме на судне находится большая часть экипажа, которую необходимо обеспечить нормальными условиями обитаемости. Кроме того, работают все погрузоразгрузочные средства (краны, грузовые лебёдки, грузовые насосы и др.). 5) Аварийный режим при работе основной электростанции – режим судна при получении пробоины или возникновении пожара, при этом работают все механизмы и устройства, обеспечивающие жизнедеятельность и управление судном, а также водоотливные и противопожарные насосы. 6) Аварий режим при работе аварийной электростанции – в этом режиме, при котором затоплена основная электростанция и потерян ход, получают питание в течение 18 часов следующие потребители: аварийное освещение, сигнально-отличительные фонари, системы внутренней связи, аварийной и пожарной сигнализации, радио и навигационное оборудование, рулевое устройство, аварийные механизмы и устройства пожаротушения. Эти режимы наиболее полно отражают работу всех потребителей и нагрузку на электростанцию. Расчет методом нагрузочных таблиц приводится следующим образом: Графа 1 - порядковый номер потребителей; Графа 2 – судовые механизмы; Графа 3 – количество потребителей n; Графа 4 – мощность судовых механизмов  кВт;Графа 5 – номинальная мощность электродвигателя  кВт, выбирается по условию  ;Графа 6 – тип электродвигателя (ЭД); Графа 7 – коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя  ;Графа 8 – коэффициент мощности электродвигателя cos  ;Графа 9 – коэффициент использования Ки=Рм/Рэм·ЭД; Графа10 – установленная мощность приемников в группе  ;Графа 11 – коэффициент загрузки механизма кЗ Графа 12– коэффициент загрузки ЭД  ;Графа 13 –коэффициент одновременности группы одноименных приемников выбирают с учетом режима работы судна, наличия резервных механизмов, учитывая, что  есть отношение числа работающих к числу всех установленных на судне приемников. При этом, если n=1, то  =0 или 1;если n=2, то =0; 0,5 или 1;если n=3, то =0; 0,33; 0,66 или 1;если n=4, то =0; 0,25; 0,5 0,75 или 1;Графа 17– активная мощность  η;Графа 18– реактивная мощность  ;Графы для остальных режимов судна заполнятся аналогично графам 11-15 Суммарная мощность в режиме находится складыванием мощностей всех потребителей   Полная мощность в режиме  Средневзвешенный коэффициент мощности    Пример расчета : Маневренный режим: Механизм – брашпиль  0,92%cos =0,87 70/75=0,93   . . . .Суммарная  , полная  мощности в режиме, средневзвешенный коэффициент мощности  : . . , 0,87Ходовой режим:  238,3 . . . 0,85Стояночный режим без грузовых операций:  . . . Стояночный режим с грузовыми операциями:  . . . Аварийный режим с ГРЩ:  . . . .Аварийный режим с АРЩ:  . . . .Если значения средневзвешенного коэффициента мощности выше или равны значениям коэффициента мощности генератора, то генератор выбирают по активной мощности. В ином случае выбор производится по полной мощности. 2.2 Выбор варианта комплектации судовой электростанцииВыбор варианта судовой электростанции (СЭС) включает в себя выявления оптимального по определенным критериям варианта из нескольких возможных [5, с.17]. Рекомендуется рассматривать как минимум три варианта комплектации, сравнив их по ряду показателей: среднегодовой наработке ГА, строительной стоимости СЭС, весовым показателям, затратам на эксплуатацию и другие. Все возможные варианты комплектации основной электростанции (ОЭС) должны удовлетворять требованиям к основным источникам электроэнергии на морских судах, указанным в Международной конвенции по охране человеческой жизни на море (СОЛАС-74/78), Публикации № 92 Международной электротехнической комиссии (электрические установки на судах) и Правил классификации и постройки морских судов РМРС. При любом варианте комплектации ОЭС основной источник электроэнергии должен состоять не менее чем из двух ГА. Мощность этих ГА должна быть такой, чтобы при остановке одного из них она была достаточной для питания устройств и систем, необходимых для обеспечения нормальных эксплуатационных условий движения и безопасности судна и минимально необходимых условий обитаемости на нем. Кроме того, оставшиеся ГА должны обеспечить работу устройств и систем, необходимых для пуска ГД при нерабочем состоянии судна. Суммарная мощность и мгновенная перегрузочная способность генераторных агрегатов ОЭС при выходе из строя любого из них должны обеспечить пуск самого мощного электродвигателя с наиболее тяжелым пуском без нарушения устойчивости ОЭС и работающих электроприемников. В общем случае при выборе числа и мощности ГА для каждого конкурирующего варианта комплектации ОЭС рекомендуется руководствоваться следующими практическими соображениями. 1) Стремиться установить по возможности меньшее количество ГА одинаковой мощности и типа, так как это приводит к упрощению схемы ОЭС, уменьшению габаритов, массы и стоимости, экономии площади машинного отделения, снижению затрат на автоматизацию, а также к снижению трудозатрат на обслуживание ОЭС, расходов на смазочные материалы и шума в машинном отделении (МО). 2) Загрузка ГА не должна быть менее 0,7-0,8 их номинальной мощности, по крайней мере, в основных (наиболее продолжительных) режимах работы судна. Низкий коэффициент загрузки приводных дизелей генераторов приводит к неполному сгоранию топлива, следствием чего является увеличение его удельного расхода, снижение экологических характеристик выхлопных газов, повышенное нагарообразование в камерах сгорания приводных дизелей и их выхлопных трактах, увеличение вероятности возгорания сажи в последних, повышение трудозатрат на моточистки ГА и обеспечение пожаробезоопасности МО. 3) Иметь достаточный резерв мощности в каждом из расчетных режимов на случай внезапного отказа одного из работающих ГА. 4) В целях экономии горючесмазочных материалов и моторесурса ГА с автономными (независимыми) приводными двигателями (ПД), а также снижения шума в машинном отделении следует максимально использовать вторичные ресурсы главных энергетических установок (ЭУ) (утилизационные паро и газотурбогенераторы), а также установки отбора мощности от главных ЭУ (валогенераторы, навешенные генераторы). В тех же целях следует предусмотреть установку щита питания с берега, чтобы при стоянке судна в ремонте, а также в порту получать электроэнергию от береговой трансформаторной подстанции (через причальную распределительную электроколонку). 3. Выбор конкурирующих вариантов электростанцииВыбор варианта электростанции заключается в выборе: числа, мощности и типа судовых генераторов. Выбор будет производиться по мощности электростанции, рассчитанной табличным методом. В таблицу заносится: расчетная мощность СЭС в каждом режиме работы судна кВт, количество генераторов требуемых для обеспечения данного режима, номинальная мощность генератора в кВт, коэффициент загрузки ГА.
Таблица 3 Выбор конкурирующих вариантов судовой электростанции Вариант 3 ДГ-4x200,АДГ-1х250 где n – количество агрегатов в данном режиме; РкВт – мощность агрегата; КЗ – коэффициент загрузки агрегата;  .Проанализировав 3 варианта можно сделать вывод. Наиболее оптимальный вариант для выбора генератора это вариант 3, так как здесь наиболее адекватные коэффициенты загрузки при вышеперечисленных режимах. Варианты 2 и 1 не подходят, так как коэффициенты загрузки не оптимальны . Так же 3 вариант оптимальный, потому-что 1 ДГ может быть в нерабочем состоянии и еще 1 в резерве. В других вариантах возможности ремонтировать 1 ДГ и иметь второй в резерве нет. В третьем варианте имеется устройство отбора мощности, которое требует меньше энергозатрат на получение электроэнергии, но в маневренном режиме оно не будет выдавать номинальную производительнось. 3.1 Выбор судовых генераторных агрегатовСУДОВЫЕ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРЫ СЕРИИ ВДМ-В ДГС6160: 1.Диапазон мощности от 150 до 300 кВт.(200) 2.Агрегат состоит из двигателя серии 6160 и генератора Marathon. 3.Тип двигателя – рядный, 4-тактный 4.Число цилиндров – 6 5.Способ впрыска – турбонаддув/турбонаддув с охлаждением 6.Диаметр цилиндра/ход –160/225 7.Длина – 3441 мм; 8.Ширина – 1010 мм; 9.Высота – 1950 мм; 10.Масса – 5200 кг. 11.Cos ϕ 0,8 12.Напряжение 400 В 13.Частота вращения 1000 об/мин 14.Номинальная сила тока 361 А Двигатели имеют хорошие характеристики, компактны, имеют прекрасный внешний вид. Техническое обслуживание является простым, что дает преимущество перед другими производителями. Дизель-генераторы представляют собой законченное изделие и поставляются с двухконтурным водяным охлаждением, механическим управлением, фильтрами масла, маслозакачивающим агрегатом и оснащаются как пневматической системой запуска, так и электрической, по желанию заказчика. Тип генератора –432CSL6212 1.Модель – Синхронный генератор Marathon Electric (США) 2.Номинальные параметры: 3.Напряжение – 400 В; 4.Мощность – 250 кВт; 5.Сила тока – 361 А. трехфазный, бесщёточный, четырехполюсный, одноопорное исполнение, с самовозбуждением и автоматическим регулятором напряжения AVR. Тип первичного двигателя: ВДМ-ДГС250-6160, рядный, 4-х тактный; 1.Модель – ВДМ-6160ЗС; 2.Мощность – 250 кВт. 3.Частота вращения – 1000 об/мин; 4.Удельный расход топлива – 51 кг/ч; 5.Геометрические характеристики: 6.Длина – 2400 мм; 7.Ширина – 1010 мм; 8.Высота – 1950 мм; 9.Масса – 1755 кг.  Рис.1 Дизель-генератор СЕРИИ ВДМ-В ДГС6160 3.2 Выбор аварийного генератораВ соответствии с Правилами РМРС на каждом самоходном судне не ограниченного района плавания должен быть установлен автономный аварийный источник питания (АИП). АИП должен обеспечить питание приемников, обеспечивающих при отказе основной электростанции безопасность экипажа, судна и ввод в действие генераторного агрегата основной электростанции, обеспечить безопасное судоходство, покидание судна экипажем. На судах неограниченного района плавания с валовой вместимостью больше 300 рег.т. АИП должен обеспечить питание в течении 18 часов следующих приемников [5, c 286]: 1 – аварийное освещение; 2 – сигнально-отличительные фонари, фонарь сигнала «Не могу управляться»; 3 –средства внутренней связи и оповещения, а также авральной сигнализации; 4 – радио и навигационное оборудование; 5 – систему сигнализации обнаружения пожара; 6 – лампы дневной сигнализации, звуковые сигнальные средства (свистки, гонг и др.), призывной ручной сигнализации и остальных видов сигнализации, требуемые в аварийных состояниях; 7– электрические приводы водонепроницаемых дверей с их указателями и предупредительной сигнализацией; 8 – электрические приводы устройств, удерживающих противопожарные двери; 9 – рулевую машину; 10 – аварийный воздушный компрессор; 11 – аварийный пожарный насос; 12 – зарядные агрегаты аккумуляторных батарей; Как правило, на судах неограниченного района плавания в качестве АИП устанавливается аварийный дизель-генератор (АДГ). В качестве первичного двигателя применяют высокооборотный дизель (ВОД) с частотой вращения не менее 1500 об/мин. Это обусловлено требованием по минимальной массе и размеру дизеля, установленного выше верхней палубы, в помещении с небольшими размерами. Охлаждение независимое, воздушно водяное. Две независимые системы пуска: электростартерная и воздушная. Генератор должен удовлетворять особым требованиям по первичному возбуждению. Выбор АДГ производится по мощности аварийного режима с использованием аварийной электростанции  :  Необходимо указать параметры аналогичные параметрам генераторов основной электростанции. На основе расчетов аварийного режима с использованием АРЩ был подобран аварийный дизель-генератор фирмы Nordhavn GASC 12-06E. Необходимо указать номинальные параметра генераторного агрегата, а именно: тип генератора модель номинальные параметры: напряжение, мощность сила тока геометрические размеры, масса. тип первичного двигателя модель мощность (мощность генератора и первичного двигателя может различаться) частоту вращения удельный расход топлива геометрические размеры, массу. АВАРИЙНЫЙ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОР GASC 12-06E: 1.Характеристики АДГ: 2.Производитель: Nordhavn 3.Модель: GASC 12-06E 4.Тип: 4-хтактный, с наддувом, с рядным расположением цилиндров. 5.Число цилиндров: 6 6.Диаметр цилиндра: 127 мм 7.Ход поршня: 154 мм 8.Мощность: 250 кВ 9.Частота вращения: 1800 об/мин Модели генераторных установок данного типа, работающие в режиме резервный, осуществляют бесперебойную подачу электропитания (при переменной нагрузке) в случае нарушения электроснабжения объекта. При этом режиме работы установки перезагрузка не допускается. Силовой генератор данной модели предназначен для продолжительной работы при максимальной нагрузке. АДГ находится возле газохода в надстройке, левый борт, главная палуба. Предусмотрена возможность автоматического запуска, ручного запуска от аккумулятора или ручного гидравлического запуска.  Рис. 2 Аварийный дизель-генератор GASC 12-06E Выбор кабелей  = (200*103)/(1,73*400*0,8) =560 А Исходя из численного значения тока генератора выбрано 3 токопроводящие жилы по 95 мм. Расчет на потерю напряжения: ΔUДГ =  = =0,7Выбор шин ГРЩ Если загрузка шин слева и справа примерно одинаковы, ток с учетом 20% неравномерности распределения нагрузки по их длине определяется по формуле:  где: Qдоп - максимально допустимая температура шин: Qдоп = 90 Qф - фактическое значение температуры: Qф = 40 Qср - температура окружающей среды: Qср = 30 Выбор шин производится по условию:  . Выбраны шины размером 40х4 с допустимым током 625 А Шины выбраны с таким размером, чтобы h  4b, где h =40 – высота шины, мм; b = 4 – ширина шины, мм; l=800 - ширина панели ГРЩ. Расстояние между опорами по длине шин принимаем равным ширине панели ГРЩ (800 мм). Расстояние между осями сечений шин двух соседних фаз должно составлять: а = 1,5*h = 1,5*40 = 60 мм Выбор коммутационно – защитных аппаратов В качестве коммутационно – защитных аппаратов применяют АВВ и предохранители. АВВ устанавливают на фидерах приемников, генераторов и для разделения на секции шин ГРЩ, предохранители на фидерах приемников напряжением 220В. При выборе типа АВВ для фидеров приемников необходимо учитывать, что для обеспечения селективного действия защиты каждый последующий, считая от приемника АВВ должен иметь большее время срабатывания при отключении. Выбранный АВВ: Тип АВВ - Metasol AH-08D3-06A Номинальный ток выключателя – 800 А Номинальное рабочие напряжение - 690 В Номинальная предельная отключающая способность - 65 КА Номинальная рабочая отключающая способность - 65 КА Описание схемы судовой электростанции ГРЩ состоит из двух секций, к нему симметрично подключаются генераторы. Генераторы группируются в центре ГРЩ. ГРЩ 230В присоединяются посредством двух продублированных трансформаторов TV1, TV2. АРЩ подключен к ГРЩ, и в нормальном режиме работы получает питание от ГРЩ. АРЩ 220В питается от продублированных трансформаторов TV3, TV4. АРЩ 24 постоянного тока, получает питание в нормальном режиме работы от АРЩ 220В, посредством блока питания, состоящим из трансформатора TV5 и потребителя UZ1. К щиту подсоединены к батареи, находящиеся на постоянной подзарядке, в случае обесточивания питание на батареи переходит естественным образом. 4. Источники информации методические указания «Проектируем электростанцию судна» П.М. Радченко Владивосток 2010; каталог судовых электродвигателей фирмы «AMG»; каталог судовых дизель-генераторов фирмы «Волжский дизель»; каталог судовых дизель-генераторов фирмы «www.energo-motors.com» | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||