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. Статорная обмотка валогенератора электрически связана через преобразователь частоты и выключатель с шинами судовой электростанции. Система управления преобразователя частоты выходом подключена к управляющему входу преобразователя, а входом - через датчик напряжения к выходу преобразователя. Установка также содержит вспомогательный дизель, кинематически соединенный через разъединительную муфту с вспомогательным генератором. Генератор снабжен системой возбуждения и электрически соединен через выключатель с шинами судовой электростанции. В установку также входит преобразователь тока с регулятором тока и системой управления. Выход преобразователя тока через датчик тока подключен к аккумулятору электроэнергии. Установка также включает соединенные последовательно датчик упругих колебаний валопровода, фазовращатель и усилитель, выход которого подключен к первому входу регулятора тока аккумулятора. Второй вход регулятора соединен с выходом датчика тока аккумулятора, а выход регулятора - с входом системы управления преобразователя тока. Вспомогательная трехфазная статорная обмотка валогенератора двухпозиционным переключателем подключена к силовому входу преобразователя тока и к основной обмотке валогенератора. 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 возбуждения, 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 связанного 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 тока.

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 изобретения является повышение надежности и экономичности установки за счет стабилизации параметров на шинах судовой электростанции и использования двух статорных обмоток валогенератора в экстремальных режимах.

Цель достигается тем, что в электроэнергетическую установку судна, содержащую главный дизель, соединенный валопроводом с гребным винтом, валогенератор с системой возбуждения, кинематически соединенный с главным дизелем, статорная обмотка валогенератора электрически связана через преобразователь частоты и выключатель с шинами судовой электростанции, систему управления преобразователя частоты, выход которой подключен к управляющему входу преобразователя, а вход через датчик напряжения - к выходу преобразователя, вспомогательный дизель, кинематически соединенный через разъединительную муфту с вспомогательным генератором, снабженным системой возбуждения, и электрически соединенный через выключатель с шинами судовой электростанции, преобразователь тока с регулятором тока и системой управления, выход которого через датчик тока подключен к аккумулятору электроэнергии, соединенные последовательно датчик упругих колебаний валопровода, фазовращатель и усилитель, выход которого подключен к первому входу регулятора тока аккумулятора, второй вход регулятора соединен с выходом датчика тока аккумулятора, а выход - с входом системы управления преобразователя тока, дополнительно введен двухпозиционный переключатель, а статор валогенератора снабжен вспомогательной трехфазной обмоткой, при этом вспомогательная обмотка двухпозиционным переключателем подключена к силовому входу преобразователя тока и к основной обмотке валогенератора.

Предлагаемое устройство дополнительно включает двухпозиционный переключатель и двухобмоточный валогенератор. 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 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 предлагаемой установки.

Электроэнергетическая установка содержит главный дизель 1, который соединен через валопровод 2 с гребным винтом 3. С главным дизелем также кинематически связан валогенератор 4, имеющий две трехфазные статорные обмотки, размещенные синфазно. Валогенератор 4 снабжен системой 5 возбуждения, вход которой подключен к основной статорной обмотке валогенератора 4, а выход - к его обмотке возбуждения. Основная статорная обмотка валогенератора 4 соединена через преобразователь 6 частоты и выключатель 7 с шинами 8 судовой электростанции. Управляющий вход преобразователя 6 подключен через систему 9 управления и датчик 10 напряжения к выходу преобразователя 6. Вспомогательная статорная обмотка валогенератора 4 соединена с выходом двухпозиционного переключателя 11, первый выход которого подключен к основной статорной обмотке валогенератора 4.

С шинами 8 также соединен через выключатель 12 вспомогательный генератор 13, механически сочлененный через разъединительную муфту 14 с вспомогательным дизелем 15. Генератор 13 снабжен системой 16 возбуждения, вход и выход которой подключены соответственно к выходу и обмотке возбуждения генератора 13.

Второй выход двухпозиционного переключателя 11 соединен с силовым входом преобразователя 17 тока, выход которого подключен через датчик 18 тока к аккумулятору 19 энергии, а управляющий вход - через систему 20 управления к выходу регулятора 21 тока. Первый вход регулятора 21 тока соединен с выходом датчика 18 тока, второй - с выходом последовательной цепи, состоящей из датчика 22 упругих колебаний валопровода, фазовращателя 23 и усилителя 24.

Установка работает следующим образом.

При стоянке главного дизеля 1 разомкнут выключатель 7, замкнуты выключатель 12 и разъединительная муфта 14, а вспомогательный дизель 15 обеспечивает вращение вспомогательного генератора 13, снабженного системой 16 возбуждения, и через шины 8 питание судовых электропотребителей.

В ходовом режиме шины 8 судовой электростанции получают питание от основной обмотки валогенератора 4 через преобразователь 6 частоты. Вспомогательная обмотка отключена. Система 5 возбуждения валогенератора 4 обеспечивает поддержание напряжения на зажимах валогенератора 4 в требуемом диапазоне. Система 9 управления преобразователя 6 частоты обеспечивает поддержание напряжения на его выходе. Вспомогательный генератор 13 работает в режиме компенсатора, обеспечивая выработку реактивной мощности, необходимой для работы преобразователя 6 частоты и электропотребителей судовой электростанции.

При работе установки в режимах, при которых имеют место крутильные колебания, двухпозиционный переключатель 11 устанавливается в положение, при котором вспомогательная статорная обмотка валогенератора 4 подключается к входу преобразователя 17 тока. При появлении крутильных колебаний в системе главный дизель 1 - валопровод 2 - винт 3 на выходе датчика 22 колебаний появляются колебания напряжения относительно нулевого уровня. Эти колебания, проходя через фазовращатель 23 и усилитель 24, поступают на вход регулятора 21 тока, что приводит к появлению колебаний выходных сигналов регулятора 21 и системы 20 управления преобразователя 17 тока.

Изменения сигнала управления вызывают колебания тока в силовой цепи преобразователя 17 тока относительного нулевого уровня, причем одной полярности выходного сигнала усилителя 24 соответствует отбор энергии от вспомогательной статорной обмотки валогенератора 4 и ее передача на аккумулятор 19 энергии, а другой - возврат энергии от аккумулятора 19 к вспомогательной статорной обмотке валогенератора 4. В первом случае преобразователь 17 тока работает в режиме выпрямителя, во втором - инвертора. При наличии на статоре валогенератора 4 двух статорных обмоток, расположенных синфазно, векторы их ЭДС также будут располагаться синфазно, так как их фазовый сдвиг определяется общим углом нагрузки генератора. При отборе мощности от вспомогательной статорной обмотки сдвиг фаз между токами статорных обмоток будет близок к нулю, а электромагнитный момент валогенератора 4 будет равен сумме моментов, обусловленных токами основной и вспомогательной статорных обмоток.

При возврате энергии к вспомогательной статорной обмотке токи основной и вспомогательной обмоток будут находиться примерно в противофазе, а результирующий электромагнитный момент будет равен разности электромагнитных моментов, обусловленных основной и вспомогательной статорными обмотками. Таким образом, при колебаниях сигнала управления преобразователя 17 тока будут обеспечиваться колебания электромагнитного момента валогенератора 4.

Настройка фазовращателя 23 выполняется таким образом, чтобы колебания электромагнитного момента валогенератора 4 обеспечивали демпфирование крутильных колебаний в течение всего периода колебаний. Степень демпфирования определяется коэффициентом передачи усилителя 24.

Обратная связь по току преобразователя 17 тока, реализованная на датчике 18 тока, обеспечивает синфазные колебания тока силовой цепи преобразователя 17 тока и выходного сигнала усилителя 24.

В экстремальных режимах (обеспечение аварийного хода судна валогенератором или дополнительной мощности на шинах судовых электропотребителей) вспомогательная обмотка двухпозиционным переключателем соединяется параллельно основной обмотке валогенератора 4.

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, статорная обмотка валогенератора электрически связана через преобразователь частоты и выключатель с шинами судовой электростанции, систему управления преобразователя частоты, выход которой подключен к управляющему входу преобразователя, а вход - через датчик напряжения - к выходу преобразователя, вспомогательный дизель, кинематически соединенный через разъединительную муфту со вспомогательным генератором, снабженным системой возбуждения и электрически соединенным через выключатель с шинами судовой электростанции, преобразователь тока с регулятором тока и системой управления, выход которого через датчик тока подключен к аккумулятору электроэнергии, соединенные последовательно датчик упругих колебаний валопровода, фазовращатель и усилитель, выход которого подключен к первому входу регулятора тока аккумулятора, второй вход регулятора соединен с выходом датчика тока аккумулятора, а выход - с входом системы управления преобразователя тока, отличающаяся тем, что дополнительно введен двухпозиционный переключатель, а статор валогенератора снабжен вспомогательной трехфазной обмоткой, при этом вспомогательная обмотка двухпозиционным переключателем подключена к силовому входу преобразователя тока и основной обмотке валогенератора.

РИСУНКИ

Рисунок 1