Электроэнергетическая установка судна

 

Изобретение относится к судостроению, в частности к электроэнергетическим установкам судов с валогенераторами и преобразователями частоты, преимущественно с дизельными главными двигателями. Установка включает главный дизель, соединенный валопроводом с гребным винтом, валогенератор с системой возбуждения, кинематически соединенный с главным дизелем, преобразователь частоты валогенератора, соединенный с шинами электростанции, управляемый выпрямитель преобразователя частоты электрически соединен с валогенератором, а ведомый инвертор - с шинами судовой электростанции, при этом управляемый выпрямитель и ведомый инвертор связаны цепью постоянного тока, В установку входят также схемы управления управляемыми выпрямителями и ведомым инвертором, соединные последовательно датчик упругих колебаний валопровода, фазовращатель и усилитель, выход которого подключен к первому входу регулятора тока. Кроме того, установка содержит вспомогательный дизель, кинематически соединенный через разъединительную муфту с входным валом вспомогательного синхронного генератора, снабженного системой возбуждения и электрически соединенного с шинами судовой электростанции. Введенный дополнительно маховик муфтой соединен с выходным валом вспомогательного синхронного генератора. Датчик тока включен в цепь постоянного тока преобразователя частоты, при этом датчик тока соединен с вторым входом регулятора тока, выход которого связан со схемой управления управляемого выпрямителя или схемой управления ведомого инвертора. 1 ил.

Изобретение относится к судостроению, в частности к электроэнергетическим установкам судов с валогенераторами и преобразователями частоты, преимущественно с дизельными главными двигателями.

Цель изобретения - повышение надежности и экономичности установки.

Известна электроэнергетическая установка судна [1], содержащая главный дизель, соединенный валопроводом с гребным винтом и приводящий во вращение валогенератор, подключенный к шинам судовой электростанции через преобразователь частоты, с шинами также соединен синхронный генератор, приводящийся во вращение через разъединительную муфту вспомогательным дизелем. Генераторы снабжены системами самовозбуждения, а преобразователь - системой управления.

Недостатком данной установки является пониженная надежность, обусловленная значительными крутильными колебаниями при резонансных частотах вращения, связанными с неравномерностью вращающего момента главного дизеля и момента сопротивления гребного винта, а также большой длиной валопровода.

Известна электроэнергетическая установка судна [2], состоящая из главного дизеля, приводящего во вращение гребной винт, механического демпфера крутильных колебаний, связанного с главным дизелем, вспомогательных дизель-генераторов.

Недостатком данной установки является пониженная надежность, обусловленная пониженной степенью демпфирования колебаний из-за ограниченной вязкости жидкости, используемой для заполнения демпфера.

Известна электроэнергетическая установка судна [3], выбранная авторами в качестве прототипа, состоящая из главного дизеля, соединенного валопроводом с гребным винтом, валогенератора с системой возбуждения, кинематически соединенного с главным дизелем и электрически связанного через преобразователь частоты с шинами судовой электростанции, системы управления преобразователя частоты, вспомогательного дизель-генератора с разъединительной муфтой и системой возбуждения, электрически соединенного с шинами судовой электростанции преобразователя тока с системой управления, выход которого соединен с аккумулятором электроэнергии, а вход - с шинами, последовательной цепи, включающей датчик колебаний, фазовращатель и усилитель, выход которой соединен с системой управления преобразователя.

Недостатком данной установки является пониженная надежность и экономичность, обусловленная колебаниями напряжения на шинах судовой электростанции, причиной которых являются колебания токов преобразователей тока и частоты, а следствием - колебания токов электропотребителей судовой электростанции. Колебания напряжения и тока электропотребителей приводят к появлению дополнительных потерь в электроприводах и дополнительным отказам из-за механических вибраций.

Целью данного изобретения является повышение надежности и экономичности установки за счет стабилизации параметров на шинах судовой электростанции.

Цель достигается тем, что электроэнергетическая установка судна, содержащая главный дизель, соединенный валопроводом с гребным винтом, валогенератор с системой возбуждения, кинематически соединенный с главным дизелем, преобразователь частоты валогенератора, управляемый выпрямитель которого электрически соединен с валогенератором, а ведомый инвертор - с шинами судовой электростанции, при этом управляемый выпрямитель и ведомый инвертор связаны цепью постоянного тока, схемы управления управляемым выпрямителем и ведомым инвертором, соединенные последовательно датчик упругих колебаний валопровода, фазовращатель и усилитель, выход которого подключен к первому входу регулятора тока, вспомогательный дизель, кинематически соединенный через разъединительную муфту с входным валом вспомогательного синхронного генератора, снабженного системой возбуждения и электрически соединенного с шинами судовой электростанции, отличается тем, что она дополнительно снабжена маховиком с муфтой, соединенной с выходным валом вспомогательного синхронного генератора, и датчиком тока, включенным в цепь постоянного тока преобразователя частоты, при этом датчик тока соединен с вторым входом регулятора тока, выход которого связан со схемой управления управляемого выпрямителя или схемой управления ведомого инвертора.

Предлагаемое устройство дополнительно включает маховик с муфтой, сочлененной с выходным валом вспомогательного синхронного генератора, датчик тока преобразователя частоты, соединенного с регулятором тока и связанного со схемой управления управляемого выпрямителя (или схемой управления ведомого инвертора). Из устройства прототипа исключен аккумулятор и преобразователь тока. По сравнению с прототипом заявляемое техническое решение содержит новые существенные признаки, следовательно, оно соответствует критерию "новизна".

В известных технических решениях нами не обнаружено совокупности признаков, проявляющих аналогичные свойства и позволяющих получить положительный эффект, который находит свое отражение в поставленной нами цели. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Положительный эффект от использования предлагаемого технического решения проявляется при наличии всей совокупности признаков (как новых, так и известных). Заявляемая нами совокупность признаков позволяет обеспечить поставленную цель, а именно: повысить надежность и экономичность установки.

На чертеже представлена схема устройства.

Электроэнергетическая установка судна содержит главный дизель 1, который соединен валопроводом 2 с гребным винтом 3. С главным дизелем 1 также кинематически связан валогенератор 4, снабженный системой 5 возбуждения, вход которой подключен к выходу валогенератора 4, а выход - к его обмотке возбуждения. Валогенератор 4 соединен через управляемый выпрямитель 6, цепь постоянного тока с датчиком тока 7, ведомый инвертор 8 с шинами судовой электростанции 9. Управляющие входы управляемого выпрямителя 6 и ведомого инвертора 8 подключены через схемы управления 10 и 11 соответственно управляемого выпрямителя, ведомого инвертора, входы которых соединены с регулятором тока 12. Первый вход регулятора тока 12 подключен к выходу датчика тока 7, второй - к выходу последовательной цепи, состоящей из датчика колебаний 13, фазовращателя 14 и усилителя 15. Датчик 13 колебаний соединен с валопроводом 2 или дизелем 1.

С шинами 9 также соединен синхронный генератор 16, механически соединенный через разъединительные муфты 17,18 соответственно с вспомогательным дизелем 19 и маховиком 20. Генератор 16 снабжен системой 21 возбуждения, вход и выход которой подключены соответственно к выходу и обмотке возбуждения генератора 16.

Установка работает следующим образом.

При стоянке главного дизеля 1 разъединительная муфта 17 замкнута, разъединительная муфта 18 разомкнута. Вспомогательный дизель 19 обеспечивает вращение синхронного генератора 16, снабженного системой 21 возбуждения, и через шины 9 осуществляется питание судовых электропотребителей.

В установившемся ходовом режиме работы шины 9 судовой электростанции получают питание от валогенератора 4 через управляемый выпрямитель 6 и ведомый инвертор 8. Система 5 возбуждения валогенератора 4 обеспечивает поддержание напряжения в заданном диапазоне на зажимах валогенератора 4 при изменении нагрузки электропотребителей. Схемами управления 10 и 11 соответственно управляемого выпрямителя 6 и ведомого инвертора 8 обеспечивается требуемая активная мощность, передаваемая валогенератором 4 к судовым электропотребителям. При питании шин 9 от валогенератора 4 разъединительные муфты 17,18 разомкнуты, а синхронный генератор 16 работает в режиме компенсатора, обеспечивая выработку реактивной мощности, необходимой для работы ведомого инвертора 8.

При появлении крутильных колебаний в системе главный двигатель 1 - валопровод 2 - винт 3 на выходе датчика крутильных колебаний 13 появляются колебания напряжения относительно нулевого уровня. Эти колебания, проходя через фазовращатель 14 и усилитель 15, поступают на вход регулятора тока 12 и схемы управления 10 управляемого выпрямителя 6 (или схемы управления 11 ведомого инвертора 8). При появлении крутильных колебаний муфта 18 включается и маховик 20 соединяется с синхронным генератором 16, работающим в режиме синхронного компенсатора. Изменения сигнала управления на выходе схемы управления 10 (или схемы управления 11) вызывают колебания тока в силовой цепи постоянного тока управляемого выпрямителя 6 - ведомого инвертора 8 относительно исходного уровня. Увеличение тока в цепи постоянного тока приводит к увеличению тока, потребляемого синхронным компенсатором 16 за счет перехода в двигательный режим. При этом имеет место разгон маховика 20 и некоторое увеличение частоты напряжения на шинах 9. При уменьшении тока синхронный компенсатор 16 переходит в генераторный режим с передачей энергии вращающегося маховика к электропотребителям. Амплитуда колебаний частоты на шинах 9 будет незначительной при большом моменте инерции маховика 20, поэтому колебания токов электропотребителей будут также малыми. В установке будут иметь место значительные колебания тока в цепи постоянного тока управляемого выпрямителя 6 - ведомого инвертора 8, валогенератора 4 и тока синхронного компенсатора 16. Колебания тока валогенератора 4 приводят к колебаниям его электромагнитного момента. За счет регулировки фазовращателя 14 устанавливаются фазовые соотношения между колебаниями частоты вращения главного дизеля 1 и электромагнитного момента валогенератора 4, обеспечивающие демпфирование крутильных колебаний в течение всего периода колебательного процесса. При увеличении частоты вращения главного дизеля 1 должен увеличиваться электромагнитный момент валогенератора 4, а при уменьшении - снижаться, что препятствует развитию колебаний, т. е. создает демпфирующий эффект. Степень демпфирования колебаний определяется коэффициентом передачи усилителя 15, который настраивается таким образом, чтобы ток цепи валогенератор 4 - управляемый выпрямитель 6 - ведомый инвертор 8 при колебаниях не достигал нулевого значения, что привело бы к появлению несимметричного цикла колебаний. Отрицательная обратная связь по току, реализованная на датчике тока 7, обеспечивает равенство заданного и фактического значений тока, т.е. синфазные колебания тока в цепи постоянного тока управляемого выпрямителя 6 - ведомого инвертора 8 и выходного сигнала усилителя 15.

Демпфирование крутильных колебаний валопровода и маховых масс электроэнергетической установки уменьшает количество отказов от усталостных явлений в 1,5-2 раза.

Элементы, введенные в состав предлагаемой электроэнергетической установки судна, выпускаются как отечественными, так и зарубежными фирмами и, как правило, могут быть использованы по прямому назначению без дополнительных затрат на их освоение.

Формула изобретения

Электроэнергетическая установка судна, содержащая главный дизель, соединенный валопроводом с гребным винтом, валогенератор с системой возбуждения, кинематически соединенный с главным дизелем, преобразователь частоты валогенератора, управляемый выпрямитель которого электрически соединен с валогенератором, а ведомый инвертор - с шинами судовой электростанции, при этом управляемый выпрямитель и ведомый инвертор связаны цепью постоянного тока, схемы управления управляемым выпрямителем и ведомым инвертором, соединенные последовательно датчик упругих колебаний валопровода, фазовращатель и усилитель, выход которого подключен к первому входу регулятора тока, вспомогательный дизель, кинематически соединенный через разъединительную муфту с входным валом вспомогательного синхронного генератора, снабженного системой возбуждения и электрически соединенного с шинами судовой электростанции, отличающаяся тем, что она снабжена маховиком с муфтой, соединенной с выходным валом вспомогательного синхронного генератора, и датчиком тока, включенным в цепь постоянного тока преобразователя частоты, при этом датчик тока соединен с вторым входом регулятора тока, а выход регулятора тока связан со схемой управления управляемого выпрямителя или схемой управления ведомого инвертора.

РИСУНКИ

Рисунок 1