Судовая турбоэлектрическая гребная установка

 

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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„,SU„, 11 44

4(51) В 63 H 23/00!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ д кон7еисптчр

Фиг.1

ГОСУДАРСТНЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3591655/27-11 (22) 18.05.83 (46) 15.0 I.85 Бюл. ¹ 2 (72) В.А.Гулый, М.Я.Леках, В.В.Сержантов, M.П.Алексеев, А.С.Козлов и Н.С.Рыжков (53) 629. 12.011. 17(088.8) (56) i. Горбунов Б.А. и цр. Совре-. менные и перспективные гребные электрические установки судов. Л., "Судостроение", 1979, с. 9-16, 166 (прототип}. (54)(57) СУДОВАЯ ТУРБОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ

ГРЕБНАЯ УСТАНОВКА, содержащая гребной электрический двигатель, подключенный к электрическому генератору через электрический преобразователь, и паровую турбину с регулятором частоты вращения, связанным с регулирующим паровпускным клапаном, о тл и ч а ю щ а я с я 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 логаткам основных ступеней, и регулирующим клапаном подвода пара к тормозным ступеням, связанным с указанным регулятором частоты вращения турбины, при этом электрический преобразователь выполнен обратимым.

1134478

Изобретение относится к судострое-. нию, в частности к турбоэлектрическим гребным установкам.

Известна судовая турбоэлектрическая гребная установка, содержащая гребной электрический двигатель, подключенный к электрическому генерато- . ру через электрический преобразователь, и аровую турбину с регулятором частоты вращения, связанным с ре- 1п г-> . гулирующим паровыпускным клапаном (11 .

Недостатками этой установки являются длительность процесса торможения гребных электродвигателей при реверсе гребного винта и связанное с этим понижение технико-экономических эксплуатационных показателей судна и ухудшение его маневренных качеств.

Цель изобретения — улучшение маневренных качеств судна и повышение технико-экономических эксплуатационных показателей судна.

Указанная цель достигается тем, . что в судовой турбоэлектрической гребной установке, содержащей гребной электрическими- двигатель, подключенный к электрическому генератору через электрический преобразователь, и паровую турбину с регуля-, тором частоты вращения, связанным с регулирующим паровпускным клапаном, паровая турбина снабжена тормозными ступенями, имеющими направляющие и рабочие лопатки, противоположно направленные соответствующим ло аткам основных ступеней, и регулирующим клапаном подвода нара к тормозным ступеням, связанным с указанным регулятором частоты вращения турби40 ны, при этом электрический преобразователь выполнен обратимым.

На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемой судовой турбоэлектрической гребной установки; на фиг.2 — реверсивная моментная

45 характеристика гребного винта на фиг.3 — график зависимости отношения времени торможения гребного электродвигателя в предлагаемой установке ко времени торможения в

Я) базовой установке от мощности, гасящейся при торможении в тормозных ступенях турбины.

Установка содержит первичный 55 двигатель — паровую турбину 1, снабженную регулятором 2 частоты вращения, связанным с регулирующим паровпускным клапаном 3 основных ступе— ней 4 турбины 1, стоящим на главном паропровода от паррпроизводящей установки 5 к турбине 1, имеющем клапан 6 сброса пара через дроссельноувлажнительное устройство в конденсатор. Турбина 1 механически соединена с электрическим генератором 7, который 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 которых повернуты протИвоположно соответствующим лопаткам основных ступе— ней 4, и регулирующим 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 и прямитель, допу=кающий работу в инверторном режиме (в случае использования в установке генераторов переменного тока, а двигателей— постоянного тока), или управляемый обратимый 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.

Г

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 торможенчя (начальной фазе реверса} пере— ходит в генераторный режим, приводя во вращение -.ерез обратимый преобразователь 8 гснератор 7, и решедший в дгигательный режим, котоpbE. в свою очередь, начинает разгонять первичный двигатель — турбину 1, разгружая ее. 1(ак известно, реверсивные моментнь е характеристики гребных винтов имеют область, в которой гребной винт работа=-"т -в режиме гидротурбины при продолжающемся

11344 инерционном движении судна в прежнем направлении (фиг.2, участок

Ь C g ) ° 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 частоты вращения начинает открывать регулирующий клапан 13 подвоца пара к тормозным ступеням 12. При этом происходит гашение рекуперируемой щ от гребного винта мощности, сопровождаемое интенсивным торможением гребного электродвигателя 9, работающего в генераторном режиме. После остановки двигателя регулирующий 25 клапа«13 закрывается и происходит разгон гребного электродвигателя в обратном направлении при открытом клапане 3.

Излишки прои 3 Вод/1мог o « p .,«pæ 3 3Q водящей установкой 5 пара при маневрировании сбрасываются через клапан б со своим регулятором (не показан) и дроссельно — увлажнительное устройство в конденсатор.

Таким образом, в предлагаемой установке осуществляется форсирование реверса гребного электродвигателя путем полезного использования при реверсе гребного винта избыточной мощности «аропроизводящей установки 5.

Для пояснения энергетических процессов, происходящих в предлагаемой турбоэлектрической гребной установке

45 при реверсе, рассмотрим реверсивную характеристику гребного винта (фиг.2). Будем считать, что скорость судна в процессе реверса ви«та не изменяется, т.е. реверсивная характеристика гребного винта остается неизменно";. 0)юбка при этом ропущении невелика, так как время реверса судна исчисляется минутами, а время реверса гребного двигателя — се55 кундами.

Реверсивная характеристика имеет участок Ъ С4. от частоты вращения

78 4 до 0, характеризуемый отрицательной величиной мощности Р =- Мсо, что означает не потребление гребным ви«том энергии, а ее выделе«ие.

Количество энергии, выделяемой гребным винтом при торможении, при принятых допущениях выражается где аР„,, Р,. тс мощности, соответствук-IHÿ 5i и -с. (1) . (2), прирав«яв их,Из выраже;-:ий получают: (1

i r 1п ь- с о

Из выраже«ия (3) видно, что увеличение мощности тормоз iblx ступеней турбины приводит к уменьшению времени торможения гребного винта т,. т

В качестве прототипа принята турбоэлектрическая гребная установка атомного ледокола "Арктика" .

Предлагаемая турбоэле.,трическая 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 где -1 — суммарный момент инерции

2 винта, двигателя, валопроьода и присоединенной массы воды, U — начальная угловая скорость торможения во втором квадрате, 5 — площадь, ограниченная кривой В Ы =4(ы1 и осью (CJ I, время торможения (урав«ение 4,88).

При этом время торможения гребного винта во втором квадрате реверсивной характеристики от 2<> до 0 при рекуперации энер=ии на турбину можно найти, используя выражение (4.90) и учитывая, что энергия,передаваемая от ви«та к гоебному электрическому двигателю ра ходуется не только на потери в системе электродьижения iV,,,, но и гасится в тормозных (А., ) ступенях: =,ц,.-у о +„,о

1134478

Составитель Н. Круглов

Редактор H. Касарда Техред N, Гергель Корр ектор Е. Сирохман

Заказ 10018/18 Тираж 435 Подпи ное

ВНИ11ПИ Госуцарственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

< 13035, Иосква, E-35, Раущская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 винта в процесс -. маневрирования и ре-. версов судна при движ"нии в свободной воде. Увеличение скорости маневрирова. ння становится особенно важным с ростом мощности энергетических устано- 5 вок и скорости хода судов.

Для сопоставления времени торможения гребного винта а предлагаемой установке со временем торможения гребного винта в прототипе приводит- 1 ся выражение для времени торможения винта в прототипе с динамическим торможением гребного электродвигателя, используя (3) при Р .= 0 тс

X те 1п о

Разделяют выражение (3} и (А) и получают еР„-„—, aPп ь| - — i ь о р

Графи..еская зависимость Q, от мощности тормозных ступеней представле; на на фнг.3 и имеет вид гиперболы с аснчптотай — осью g Р с,, Из фиг. 3 видно, что при а p = О, т.е. в прототипе 4т = т я, а при увеличении Р время 1т уменьшается. Для уменьшения времени торможения в два раза мощность тормозных ступеней надо иметь гриблизительно равной разнице мощностей потерь в системе электродвижения и гребного винта в режиме гндротурбины, характеризуемой отношением ° о

Кроме того. в предлагаемой судовой турбоэлектрической гребной установке форсирование реверса гребного электродвигателя достигается за счет более полного использования имеющейся мощности паропроизводящей установки путем подвода излишков пара к тормозным ступеням турбины, а не путем введения электрических гасящих мощность устройств при сбросе пара без его полезного использования через дроссельно-увлажнительное устройство в конденсатор.