Суднова електроенергетична система танкера (Д=26270 т) з розробкою ВГУ на базі асинхронного генератора

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ КОРАБЛЕБУДУВАННЯ ІМЕНІ АДМІРАЛА МАКАРОВА

Кафедра СЕЕС

“Допущений до захисту”

Завідуючий кафедрою

д.т.н., проф. Ставинський А.А.

ДИПЛОМНИЙ ПРОЕКТ

Тема проекту: «Суднова електроенергетична система танкера (Д=26270 т.) з розробкою ВГУ на базі асинхронного генератора»

Керівник проекту к.т.н.: доцент Подимака В.І.

Студент: групи 6361 пз Романов С.В.

Анотація

В даному дипломному проекті розглядаються питання, пов'язані з зростанням економічної ефективності судової електроенергетичної системи. Відомо, що вартість одного кВт - часу енергії, виробляємої дизелем судна близько в два рази менше ніж допоміжного дизель - генератора. Даний проект присвячений розробці валогенераторної установки, дозволяючи в ходовому режимі одбирати потужність у головного двигуна судна. При використані генераторів змінного струму в ВГУ актуальним стає питання підтримки частоти при зміні частоти обертання гребного вала, що неминуче при хвилях. В якості генератора ВГУ розглядається асинхронна машина у генераторному режимі, дозволяючи получати електроенергію незмінної частоти при зміні швидкості обертання ротора. При зміні режиму необхідно регулювати параметри системи. Тому в дипломному проекті розглядаються так же питання регулювання. Промисловість випускає АД с фазними роторами (які використовуються в даній системі) потужністю до 400 кВт. В досліджуваній ВГУ потужність генератора повинна бути не менше 800 кВт. Це зробило необхідним доповнити проект розрахунком асинхронного генератора. Далі надається техніко - економічне обґрунтування спроектованого генератора у порівняні з аналогом традиційного виконання, розташованим у машинному відділені. Проведена оцінка стійкості спроектованого об'єкту у кризових умовах, а також розглядаються питання щодо охорони праці та навколишнього середовища. У заключної частині зроблені висновки о перевагах та перспективах використання асинхронного генератора зануреного виконання на судах.

1. Короткий опис судна

1.1 Призначення судна

Судно призначене для перевезення нафтопродуктів всіх розрядів, а також епізодично сирій нафті. Передбачено одночасне перевезення до чотирьох сортів нафтопродуктів з можливістю вивантаження будь-якого з них в різних портах.

Район плавання - необмежений, переважно в помірних і південних широтах, включаючи тропіки.

Тип судна - одногвинтовий, гладкопалубний дизельний танкер з півбаком, з подвійними бортами, подвійним дном, однією подовжньою перегородкою в танковій частині, з кормовим розташуванням машинного відділення, житлових і службових приміщень з бульбовою формою носового краю і крейсерською кормою, зрізаною в надводній частині за типом транца, з надмірними надводними бортами.

Судно побудоване за Правилами Регістра СРСР на клас КМ* ЛЗ I А2 (нафтен), а також враховані норми і міжнародні правила.

1.2 Основні характеристики судна

Головні вимірювання:

1) довжина найбільша 178,96м

2) довжина між перпендикулярами 165,0м

3) ширина найбільша 25,3м

4) висота борту 15,0м

5) сідлуватість палуби 0,0м

Дальність плавання по запасах палива, масла, води, визначена при експлуатаційній потужності головного двигуна і швидкості 15,4 вузла складає 12 тисяч миль. Автономність плавання складає: по запасах сухої провізії - 60 діб, решті запасів - 40 діб з розрахунку забезпечення 40-ка чоловік екіпажа.

Дедвейт судна, з розрахунку 12 тисяч миль, при осіданні судна Т = 978м складає 26270 тонн.

1.3 Морехідні якості

Судно на випробуваннях при завантаженні по осіданню специфікації, посадці на рівний кіль, на глибокій воді, при хвилюванні моря не більш 2-х балів, вітрі не більш 3-х балів по Бофорту і свіжопофарбованому корпусі, при потужності головного двигуна 11900 к.с. і числі оборотів 119+2% розвине швидкість не меншого 15,4 вузла.

Непотоплюваність і аварійна стійкість судна, завантаженого до осідання 10,4м забезпечується при затопленні будь-якого одного відсіку відповідно до Правил Регістра СРСР.

Стійкість судна при всіх експлуатаційних випадках завантаження задовольняє вимогою Регістра СРСР для судна I категорії.

Форма корпусу судна відпрацьована за наслідками модельних випробувань в дослідницькому басейні.

Водотоннажність близько 35970 тонн при осіданні специфікації 10,4м в морській воді щільністю 1,025, при цьому диферент на корму буде біля 0,4м.

1.4 Енергетична установка

Енергетична установка складається з:

1) головної установки, що працює на гребний гвинт фіксованого кроку (ВФШ), у складі одного автоматизованого дизеля 6ДКРН 67/170-7(6L67GFCA) максимальною тривалою потужністю 8700 кВт (11900 к.с.) при частоті обертання 119 об/хв.;

2) допоміжної установки в складі:

- трьох допоміжних автоматизованих дизель-генераторів ДГР2А 800-750 потужністю 800 кВт кожен при частоті обертання 750 об/хв;

- валогенератора ВГ800, потужністю 800 кВт, при частоті обертання 750 об/хв;

- одного аварійного дизель-генератора АДГР 200/150 потужністю 200 кВт при частоті обертання 1500 об/хв;

3) допоміжної котельної установки в складі:

- одного допоміжного автоматизованого котлоагрегату КАВ 16/16;

- однієї опріснювальної установки Д5М;

- одного казана утилізації, що використовує тепло вихлопних газів головного двигуна, КУП 660/7-1;

- допоміжних механізмів і теплообмінних апаратів;

4) інші допоміжні установки.

Як паливо для енергетичної установки застосовується:

1) мало в'язке паливо Л-0,5-61 по ГОСТ 305-85 для роботи головного двигуна перед тривалою установкою і для роботи дизель-генераторів при пусках і перед зупинкою;

2) середньов'язке паливо ДТ по ГОСТ 1667-80, мазут Ф-5 ГОСТ 10585-75 або суміш високов'язкого і мало в'язкого палива з характеристиками близькими Ф-5 (із змістом сірі до 2%);

3) високов'язке паливо - мазут 40В по ГОСТ 10585-75 - для роботи головного двигуна і допоміжних казанів на основних режимах роботи.

1.5 Суднові пристрої

1) якірний пристрій;

2) швартовий і буксирний пристрій;

3) рульовий пристрій;

4) вантажний пристрій;

5) шлюпочний пристрій і рятувальні засоби;

6) щогловий пристрій і такелаж;

7) мірний і тентовий пристрій;

8) пристрій огорожного трапа.

1.6 Системи суднові

1) система осушна;

2) баластна;

3) баластна в районі вантажних танків;

4) вантажна і зачісна;

5) миття танків;

6) газовідвідна;

7) протипожежна водяна;

8) водяного зрошування;

9) парогасіння;

10) піногасіння, інертних газів;

11) рідинного (хімічного) гасіння ОХТ;

12) вуглекислого гасіння;

13) питною, технічної води;

14) стічна;

15) парового опалювання і господарського паропостачання;

16) підігріву рідини;

17) вентиляція, кондиціонування повітря;

18) холодильного агрегату провізіоних камер;

19) стислого повітря низького і середнього тиску;

20) охолоджування суднового устаткування.

2. Суднова електроенергетична установка

2.1 Основні параметри

Основним родом струму на судні передбачений змінний струм частотою 50Гц.

Електроенергія розподіляється при наступних основних видах напруги:

1) 380В трифазного струму для живлення силових споживачів і електрогрілок;

2) 220В трифазного струму і однофазного струму для живлення основного і аварійного освітлення, сигнально - розпізнавальних вогнів, камбузного і побутового устаткування, схем автоматики, радіо і навігаційного устаткування;

3) 127В і 110В трифазного струму і однофазного струму для живлення ланцюгів автоматики, слабкого струму і шрокомпаса «Вега»;

4) 220В, 400Гц трифазного струму для живлення ланцюгів автоматики;

5) 24В постійного струму для живлення ланцюгів автоматики;

6) 24В однофазного струму для живлення споживачів банения казанів;

7)24В однофазного струму для підключення переносного електроінструменту і освітлення під настилом машинного відділення;

8)12В однофазного струму для підключення низьковольтного освітлення;

9) 24В постійного струму для живлення споживачів, потрібних Правилами Регістра СРСР, від акумуляторної батареї.

2.2 Електростанція

Джерела електроенергії

Як джерела електроенергії у складі суднової електричної станції (СЕС) встановлюються:

1) три генератори трифазного струму, синхронні, типу СБГ 800-750 ОМ4, номінальною потужністю 800 кВт при напрузі 400В, 752об/мин, 50Гц при коефіцієнті потужності 0,8 з автоматичним регулюванням напруги і без щітковою системою збудження з приводом від дизеля;

2) один валогенератор трифазного струму, асинхронний, передбачуваною потужністю 800кВт при напрузі 400В, 750об/мин, 50Гц при коефіцієнті потужності 0,8.

Джерела електроенергії забезпечують при зміні навантаження від холостого ходу до номінальної при коефіцієнті потужності 0,8 відновлення напруги ±2,5% від номінального і по частоті ±5% від номінальної;

3) один аварійний дизель-генератор(АДГ) з генератором трифазного струму МСС-104-4 номінальною потужністю 200кВт, при напрузі 400В, 1500о/мин, 50Гц при коефіцієнті потужності 0,8 з автоматичним регулюванням напруги системи збудження.

У нормальному режимі роботи суднової електроенергетичної системи (СЕЕС) подача живлення на щит АДГ (ЩАГ) передбачена від головного розподільного щита (ГРЩ) по двох перемичках, підключених до різних секцій ГРЩ через перемикач, встановлений на ЩАГ. Кожна перемичка на 200А.

Схемою передбачений автоматичний запуск АДГ при зникненні напруги на щитах ГРЩ.

Розподіл електроенергії

Розподіл електроенергії проводиться по фідерной і фідерно-груповій схемі.

Для розподілу електроенергії і контролю роботи генераторів на судні встановлені:

1) у приміщенні АДГ-ЩАГ;

2) у приміщенні ГРЩ і центрального поста управління - ГРЩ.

Безпосередньо від ГРЩ живлення одержують наступні споживачі:

1) електроприводи рульового пристрою;

2) електроприводи пожежних насосів;

3) електроприводи баластних і баластно-осушних насосів;

4) компресори пускового повітря;

5) насоси циркуляційного мастила ГД;

6) трансформатори живлення секцій 220В ГРЩ;

7) перетворювачі високочастотні (400Гц);

8) щит радіостанції;

9) щит живлення ланцюгів автоматики;

10) щит навігаційних пристроїв;

11) один випрямний агрегат живлення ланцюгів автоматики головної енергетичної установки і один випрямний агрегат системи управління вантажними операціями;

12) районні щити основного освітлення;

13) зарядний агрегат батарей авральної і пожежної сигналізації;

14) вентилятор фільтруючої вентиляційної установки.

Безпосередньо від ЩАГ живлення одержують наступні споживачі:

1) трансформатора живлення секцій 220В ЩАГ;

2) щит аварійного освітлення;

3) авральна і пожежна сигналізація;

4) щит сигнальних відмітних вогнів;

5) електропривод аварійного пожежного насоса;

6) щит пожвавлення СЕЕУ;

7) електропривод баластно-осушного насоса;

8) щити радіолокації і навігації;

9) щит нерокомпаса;

10) система клинкетных засувок піногасіння;

11) тифон повітря і електромагнітний;

12) щит живлення ланцюгів автоматики;

13) компресор пускового повітря;

14) гучномовний зв'язок;

15) зарядний агрегат батарей стартерів;

16) насос стоянки охолоджування забортною і прісною водою;

17) випрямний агрегат живлення ланцюгів автоматики енергетичної установки;

Прийом електроенергії напругою 400В від берегового джерела на судно при стоянці здійснюється через станцію живлення з берега типу ЩБТА 37-6300М2 на струм 400А, в ланцюзі живлення з берега встановлений пристрій захисту від обриву фази в живлячому кабелі і лічильник активної потужності.

Решта споживачів згрупована за системною територіальною ознакою і одержують живлення від розподільних щитів нормалізованої конструкції.

Споживачі машинного і котельного відділень згруповані за системною ознакою і одержують живлення від розподільних щитів, що живляться від різних секцій шин ГРЩ.

Комутація і система захисту

Підключення генераторів до шин ГРЩ і захист їх від струмів К3, перевантаження, мінімальної напруги з витримкою часу здійснюється автоматичними вимикачами типу ВА-74-43, забезпеченими приводом з місцевим і дистанційним керуванням.

Збірні шини ГРЩ з'єднуються між собою селективними автоматичними вимикачами типу ВА-74-43, забезпеченим приводом з місцевим і дистанційним керуванням.

Підключення споживачів і розподільних щитів до шин ГРЩ здійснюється настановними автоматичними вимикачами типу А3712БР, А3714БР, А3716БР, А3782БР, А3786БР, А3794БР.

На тих, що підключаються до шин ГРЩ фідерах споживачів, що мають пускову апаратуру з тепловим захистом, а також рульового пристрою, пожежних і осушних насосів застосовуються вимикачі з електромагнітними розчіплювачами, що забезпечують захист від струмів короткого замикання, а на фідерах, що живлять розподільні щити, - вимикачі з комбінованими розчіплювачами, що забезпечують захист від струмів короткого замикання і перевантаження фідера.

Підключення споживачів до ЩАГ, розподільним щитам здійснюється вимикачами серії А3770БР і АК50Б з комбінованими і електромагнітними розчіплювачами.

При нормальному режимі роботи шини розподільних секцій щита АДГ одержують живлення від ГРЩ.

При відновленні напруги на шинах ГРЩ відбувається автоматичне відключення ЩАГ від шин ГРЩ і підключення АДГ на шини ЩАГ.

При відновленні напруги на шинах ГРЩ відбувається автоматичне перемикання ЩАГ на шини ГРЩ.

Каналізація струму і кабель

Для живлення споживачів електроенергією в силових ланцюгах і ланцюгах управління передбачається кабель марки КНР, КНРЕ, КНРЕТЕ, КЕРВБ, МЕРШН - 100, РК, КМПВЕ та інші. Переносні споживачі - НРШМ.

Для прийому живлення з берега передбачені кабелі мазкі НРШМ 3Ч70, два кінці завдовжки 100м і спеціальна в'юшка для зберігання кабелів в районі розташування щита.

Кабельні траси до споживачів прокладаються максимально можливо усередині приміщень з виходом на відкриту палубу в місцях установки устаткування.

Кріплення трас кабелів виконується за допомогою кабельних підвісок, одиночних кабелів - на мостах, в місцях можливих механічних пошкоджень кабель захищається механічними кожухами або прокладається в трубах.

У житлових коридорах застосовується прихована прокладка трас кабелів із забезпеченням доступу до трас через панелі зашивання подволока, що відкидаються; одиночні і місцеві кабелі в каютах і громадських приміщеннях прокладаються під зашиванням без спеціально передбаченого доступу.

Прохід кабелів через водо - і газонепроникні перегородки і палуби здійснюються через кабельні коробки, що ущільнюються епоксидно-тиокановим компаундом або через індивідуальні сальники.

Кабелі, що виходять на відкриту палубу, входять в радіо і навігаційну рубку застосовується екранованими.

Кабелі живлення рульового пристрою від ЩАГ і ГРЩ прокладаються побортно.

Захисні заземлення

Металеві корпуси електричних машин і апаратів, що працюють при напрузі зверху 30В електрично з'єднуються з корпусом судна за допомогою заземлюючих перемичок. Екрануючі і захисні оболонки кабелів заземляються на корпус судна.

Заземлення корпусу судна здійснюються двома окремими одножильними кабелями НРШМ 1Ч70.

Захист від блискавки здійснюється за допомогою громовідводів, встановлених на мостах.

2.3 Визначення навантажень СЕС

Розрахунок навантаження СЕС проведений по детермінованому методу, який дозволяє процес експлуатації судна розділити на ряд найбільш характерних режимів, кожному з яких визначається навантаження СЕС. Для танкера дедвейтом 26000 тонн характерними експлуатаційними режимами є:

1) стоянка без вантажних операцій;

2) стоянка з вантажними операціями;

3) зйомка з якоря;

4) ходовий режим (літом);

5) ходовий режим з миттям танків;

6) ходовий режим з підігрівом вантажу;

7) ходовий аварійний режим (робота основної електростанції);

8) аварійний режим (робота АДГ).

Розрахунок, виконують табельним способом і оформляють у вигляді таблиці навантажень СЕС. У таблицю заноситься всі приймачі електроенергії, що встановлюються на судні, по групах споживачів, а також наступні дані по кожному приймачу:

1) тип приймача електроенергії;

2) кількість однотипних приймачів;

3) потужність на валу робочого органу, в кВт;

4) встановлена єдина потужність приймача електроенергії, кВт;

5) коефіцієнт корисної дії приймача;

6) споживана потужність, кВт;

7) коефіцієнт потужності;

8) графік роботи приймача: НР - безперервна робота; ПР - періодична робота; ЕР - епізодична робота;

9) коефіцієнт завантаження, рівний відношенню фактичної потужності, споживаної механізмом, до встановленої потужності приймача;

10) коефіцієнт потужності приймача при даному завантаженні;

11) кількість приймачів, що однойменних, таких, що працюють в даному експлуатаційному режимі судна;

12) активна споживана потужність, кВт;

13) реактивна споживана потужність, кВАр.

Після заповнення таблиці окремо по кожному експлуатаційному режиму і графіку роботи приймача підсумовується активна і реактивна потужності всіх приймачів. Кожну одержану суму залежно від експлуатаційного режиму і графіка роботи помножують на відповідний коефіцієнт одночасності, що характеризує вірогідність спільної роботи приймачів в даному режимі. У вище викладених розрахунках беруть участь споживачі з безперервними і періодичним графіком роботи. Для них коефіцієнт одночасності зазвичай лежить в межах Ко.пр=0,3ч0,5, Ко.нр=0,1ч1. Потім сумарні потужності по приймачах безперервного і періодичного графіка роботи підсумовуються і визначають навантаження СЕС по даному експлуатаційному режиму без урахування втрат в мережі. Втрати в мережі складають 5% навантаження в експлуатаційному режимі і додаються до підсумку.

Підсумкова споживана потужність експлуатаційних режимів приведена в табл. 2.1.

2.4 Вибір складу генераторів

Підсумкові значення навантаження електростанції в різних режимах роботи служать підставою для вибору кількості і потужності генераторів, що встановлюються на судновій електростанції. Загальна встановлювана потужність генераторів по режиму максимального навантаження - стоянка з вантажними операціями - складає 1850кВт.

Вибираємо наступний варіант складу генераторів електростанції:

1) основні джерела електроенергії - три дизель-генераторні агрегати ДГР 2А 800/750 з генераторами СБГ 800-750 ОМ 4, дизелі які використовують дешевше середньої в'язкості паливо і мають технічний ресурс 10 тисяч годинників;

2) основне джерело в ходовому режимі асинхронне валогенератор АВГ 800.

Пропонований варіант забезпечує експлуатаційні режими роботою наступного числа генераторів:

1) стоянка без вантажних операцій - один ДГ 800 з навантаженням 412кВт - завантаження 51,5%;

2) стоянка з вантажними операціями - три ДГ 800 з навантаженням 617 кВт кожен - завантаження 77%;

3) зйомка з якоря - один ДГ 800 з навантаженням 670кВт - завантаження 84%;

4) ходовий режим (літом) - ВГ 800 або один ДГ 800 з навантаженням 656кВт - завантаження ДГ 800 82%;

5) ходовий режим з миттям танків:

- ВГ 800 і 1ЧДГ 800; навантаження ДГ 800 - 370кВт, завантаження 46%;

- два ДГ 800 з навантаженням 535кВт кожен - завантаження 61%;

6) ходовий режим з підігрівом вантажу - один ВГ 800 або ДГ 800 з навантаженням 668кВт - завантаження 83,5%;

7) ходовий аварійний режим - один ДГ 800 з навантаженням 664кВт - завантаження 83%.

Дані про резервні генератори в експлуатаційних режимах приведені в таблиці 2.1.

Як аварійне джерело електроенергії вибраний АДГР 200/1500 з генератором МСС - 104-4, який забезпечує аварійний режим з навантаженням 194кВт - завантаження 97%.

Пропонований варіант складу генераторів СЕС забезпечує:

1) максимальну уніфікацію генераторних агрегатів;

2) рівень автоматизації СЕС згідно прийнятому для судна знаку автоматизації в символі класу;

3) найбільшу гнучкість і надійність безперебійного забезпечення електроенергії суднових споживачів;

4) економічність СЕС;

5) мінімальне середньорічне напрацювання дизель-генераторних агрегатів.

2.5 Вибір параметрів асинхронного генератора

Асинхронний генератор входить до складу джерел електроенергії СЕС, тому рід струму, частота, напруга визначаються величинами прийнятими в СЕЕУ. Асинхронний генератор встановлений в машинному відділенні (МО), тому його виконання за способом захисту, категорія розміщенні повинні задовольняти вимогам, що пред'являються до електроустаткування встановленому в МО.

Приймаємо синхронну частоту обертання 750 об/хв.

Враховуючи вище викладене вибираємо наступні параметри асинхронного генератора:

1) номінальна лінійна напруга 400В;

2) номінальна активна потужність 800 кВт;

3) синхронна частота обертання 750 об/хв.;

4) частота струму мережі 50 Гц;

5) 3 фази статора;

6) з'єднання фаз статора - «зіркою»;

7) тип ротора - фазний;

8) конструктивного виконання I М 1001;

9) категорія розміщення 43;

10) виконання за способом захисту I Р 23;

11) клас ізоляції обмоток статора і ротора Н;

12) охолоджування з само-вентиляцією.

3. Розрахунок асинхронного генератора

3.1 Проектне завдання

Спроектувати трифазний асинхронний генератор з фазним ротором.

Початкові дані для проектування приведені в таблиці 3.1.

Таблиця 3.1. Початкові дані для проектування

Найменування	Позначення	Чисельне значення
1. Номінальна лінійна напруга, В	U1л	400
2. Номінальна активна потужність, кВт	Рн	800
3. Номінальна частота струму мережі, Гц	ѓн	50
4. Синхронна частота обертання, об/хв	nн	750
5. Число разів	m	3
6. З'єднання фаз статора	«зіркою»
7. Тип ротора - фазний
8. Конструктивного виконання	IМ 1001
9. Категорія розміщення	У3
10. Виконання за способом захисту	IР23

3.2 Розрахунок номінальних параметрів

Розрахункова потужність

S? = k_E SH = 1 1000 000 = 1000 кВа

де k_E = 1 для генераторного режиму.

Номінальна напруга фази

U₁ = U_1н.ф. = U_1л /v3 = 400/v3 = 231В.

Номінальний фазний струм

I_н.ф. = I_1Н =

Число пар полюсів

Р =

3.3 Вибір головних розмірів

Розрахунок проводиться по [8].

Для S?= 1000кВа по залежності Д = f(S:) визначуваний внутрішній діаметр статора Д = 0,8м.

Зовнішній діаметр статора знаходиться по формулі:

Д_a = k_Д Д, (3.1)

де k_Д = 1,35 ч 1,4

Д_a = 1,4 0,8 = 1,12м.

Найближчий нормалізований зовнішній діаметр статора Так = 1180 мм (16-й габарит). Висота осі обертання h = 0,63м.

Полюсне ділення

ф₁ =

Розрахункова довжина статора

По відомому значенню ф₁ = 0,314м при р = 4, по залежності А = f (ф) і В_бн = f (ф) визначуваний лінійне навантаження і магнітну індукцію в повітряному зазорі при номінальному навантаженні. При цьому, для зменшення струму намагнічення, збудливою місткості і загальної маси системи, В_б вибираємо мінімальною [1]:

В_бн = 0,83Т_л; А = 44000А/М.

Задаємося наступними величинами:

L_б - розрахунковий коефіцієнт полюсного перекриття; L_б = 2/Р?0,64;

К_в - коефіцієнт форми поля;

К_в = Р/2v2 = 1,11;

К_об1 = 0,92 - обмотувальний коефіцієнт обмотки статора;

Розрахункова довжина статора

?_б = (3.2)

де

?_б =

визначивши розрахункову довжину статора ?_б, знаходимо відношення

л = ?_б /ф (3.3)

л -

Значення л лежить в межах, обмежених кривими при р = 4.

Дійсна довжина статора

В цілях поліпшення охолоджування сталь статора розбиваємо на декілька пакетів. Зазвичай довжина пакету ?_пак = 0,04 ч 0,05м, а ширина радіального каналу b_к = 0,01м. за наявності вентиляційних каналів дійсна довжина статора буде більша розрахунковою і знаходиться по формулі

?₁ ? (1,05 ч 1,08) ?_б (3.4)

?₁ ? 1,05 · 0,53 = 0,56м;

Число вентиляційних каналів

n_к = (3.5)

n_к =

приймаємо n_к = 9;

Довжина пакету

(3.6)

Сумарна довжина пакетів сердечника

3.4 Зубцева зона статора. Сегментування

Число паралельних гілок обмотки статора повинне бути вибране виходячи з умови:

Приймаємо а = 8, оскільки = 180,6 = 250 ч 400 А.

Межа зміни зубцевого ділення t1 = 0,314м:

t_min = 0,034м;

t_max = 0,039м.

Максимальне число пазів (зубців) магнітопровода статора

Z_1max = (3.7)

Z_1max =

Мінімальне число пазів (зубців) магнітопровода статора

Z_1min = (3.8)

Z_1min =

Число пазів магнітопровода статора

Оскільки Да > 990мм, то статор виконується сегментованим.

Z₁ повинне задовольняти наступним вимогам:

1) Z₁/m a - ціле число; Z₁/m a = 72/3 8 = 3;

2) число пазів на полюс і фазу

- ціле число;

3) при цілому q = 3 відношення - ціле число.

У діапазоні Z_1max - Z_1min цім вимогам задовольняє число пазів Z₁ = 72.

Зубцеве ділення при цьому рівне t₁ =

Розрахунок числа провідників в пазу

U_п = (3.9)

де I _н.ф. = I₁

U_п == 8,49

приймаємо U_п = 9

Число сегментів і довжина хорди

Довжину хорди можна визначити по формулі:

Н = Да sin (3.10)

Число сегментів (від 6 до 180 повинно бути кратне Z₁.

Приймаємо число сегментів рівним 6

Хорда Н = 1,18 0,5 = 0,59м.

По знайденому значенню U_п уточнюємо мінімальне навантаження

А =

Витки фази обмотки статора

W₁ = 2 pq₁ (3.11)

W₁ = 2 · 4 · 3 · витків.

Магнітний потік, що створюється обмоткою статора

Ц = (3.12)

Ф =

Магнітна індукція в повітряному зазорі

В_б = (3.13.)

В_б = Тл

3.5 Пази, обмотка статора

Розміри пазів статора

Ширина паза (попередня)

? (0,34 ч 0,50)

= 0,4 · t₁ = 0,5 · 0,0348 = 0,017м (3.14).

Поперечний перетин ефективного провідника обмотки статора (заздалегідь)

q_эф1 = (3.15)

де И₁ =

АИ₁ = 2450·10⁸ А/м³ - для ізоляції Н, 16 габариту.

Можлива ширина ізольованого провідника

Де - сумарна товщина ізоляції по ширині паза; = 2,2мм ізоляція термореактивна або безперервна, класу безперервності Н.

Розміри провідників обмотки статора

Приймаємо, що ефективний провідник складається з декількох елементарних, оскільки q_эф >>(18 ч 20мм²).

Кількість елементарних провідників вибираєте по формулі

n_эл = n_ш · n_в (3.16)

де n_ш - число елементарних провідників по ширині паза (зазвичай один або два);

n_в - число елементарних провідників, що розташовуються по висоті паза.

По знайденому значенню '_щ підберемо стандартний елементарний провідник, так щоб його ширина _з (з ізоляцією самого провідника) була рівна

(3.17)

Приймаємо n_ш = 2, то

0,0074м < 0,0075;

Ізольований дріт ПСДК, двостороння товщина ізоляції 0,33мм.

Вибираємо провідник прямокутного перетину, неізольований

a₁ = 1,25мм; ₁ = 6,3мм; q_эл = 7,66мм²;

a_1из = 1,58мм; ^. _1из = 6,63мм; q_{эл из} = 7,99мм²

Ширина паза (уточнена)

(3.18)

де

- технологічний допуск на укладання;

Висота паза

(3.19)

де - сумарна товщина ізоляції по висоті паза; = 6,7мм;

5мм - висота клину;

- допуски на розбухання ізоляції;

- технологічний допуск на укладання;

приймаємо

Тоді

Q_еф.= 4 7,99 10^-6 = 31,96 10^-6м.

Масштабний ескіз паза представлений на мал. 3.1, специфікація паза в таблиці 3.2.

Фактична щільність струму в провіднику обмотки статора

Мал. 3.1 Лобова і пазова частина обмотки

Таблиця 3.2. Гільзова ізоляція обмоток статора (клас Н)

Товщина	Матеріал	Число шарів	Товщина ізоляції, мм
	Найменування	Марка	Товщина, мм	по ширині	по висоті	по ширині	по висоті
1	Виткова ізоляція	Г2ФК-11	0,25		1		0,25
2	Скляна стрічка	ЛЕС	0,2	1 шар в розбіжку	0,2	0,2
3	Стекломікафолій Двостороння товщина ізоляції пазової частини	СМФК	0,2	3,5 обороту	1,4	1,4
4	Стеклолакоткань	ЛСК	0,15	2	3	0,3	0,45
5	Склотекстоліт	СТК-41	0,5		1		0,5
6	Лакостекломіканіт	ГФКС-ЛСК	0,5		1		0,5
7	Склотекстоліт	СТК-41	0,5		1		0,5
	Допуск на укладання					0,3	0,5
	Всього на паз (без клину і витковой ізоляції)					2,2	5,7
8	Стекломікалента	ЛС2ФК	0,17	2 шара в пів напуску	1,4	1,4
9	Скляна стрічка	ЛЕС	0,10	1 шар в пів напуску	0,4	0,4
10	Скляна стрічка	ЛЕС	0,10	1 шар в розбіжку	0,2	0,2
	Розбухання від просочення				0,5	0,5
	Двостороння товщина ізоляції лобової частини				2,5	2,5

.

Перевірка індукції в зубці (приблизно)

(3.20)

де = 0.95 - коефіцієнт заповнення пакету сталлю;

Перепад температури в ізоляції паза

(3.21)

де = 1,03 - коефіцієнт додаткових втрат;

- теплопровідність ізоляції.

Градієнт температури в пазовій ізоляції

Проведена перевірка показала, що розміри паза вибрані вдало.

Обмотка статора.

Обмотка статора - двошарова петльова з жорсткими секціями, виготовлена з прямокутного обмотувального дроту.

Обмотка має вісім паралельних гілок.

Крок обмотки зазвичай вибирають в межах

(3.22)

де =3q₁ - полюсне ділення в пазах;

Коефіцієнт прискорення кроку

(3.23)

Коефіцієнт розподілу обмотки статора

Обмотувальний коефіцієнт

3.6 Розрахунок фазного ротора

Повітряний зазор

(3.24)

де Д, l₁ - в сантиметрах.

Розрахунок проводиться по [8].

Діаметр ротора

(3.25)

Довжина ротора

(3.26)

Обмотку ротора виконуємо двошаровою стрижньову хвилеву.

Число пазів на полюс і фазу

Пази виконуємо з скосом. Скіс рівний одному зубцевому діленню статора при скошених пазах ротора. Зменшення ЭДС обмотки унаслідок скосу враховується коефіцієнтом скосу

(3.27)

де - скіс пазів по дузі циліндрової поверхні на роторі; при скосі на одне зубцеве ділення;

і ми можемо його не враховувати.

Обмотувальний коефіцієнт обмотки ротора

Обмотка ротора з укороченим кроком, розподілена

(3.28)

де - коефіцієнт розподілу обмотки ротора;

- коефіцієнт укорочення обмотки ротора;

- розрахункове укорочення;

Зубцеве ділення

(3.29)

Полюсне ділення

Число витків фази двошарової хвилевої обмотки, а2, що має = 1 паралельних гілок при двох стрижнях в пазу, визначаться по формулі

(3.30)

Перевіримо напругу на кільцях ротора

(3.31)

Умова виконується.

Попереднє значення струму в обмотці фазного ротора при номінальній напрузі

(3.32)

де - коефіцієнт, що враховує вплив струму намагнічення і опору обмоток на відношення ;

- коефіцієнт приведення струмів

Перетин ефективних провідників обмотки ротора

(3.33)

де - допустима щільність струму;

При стрижньовій обмотці застосовуються прямокутні напівзакриті пази з вузьким шліцом. Масштабний ескіз паза ротора представлений на мал. 3.2., специфікація паза в таблиці 3.3.

Попередня ширина паза

(3.34)

Вибираємо провідник прямокутного перетину.

Максимальний розмір меншої сторони провідника.

(3.35)

де

Пазова частина обмотки

Мал. 3.2 Лобова частина обмотки

Таблиця 3.3 Ізоляція стрижньових обмоток ротора (H)

Позиція	Матеріал	Напруга до 750 В	Напруга до 1200 В
	Найменування, марка	Товщина, мм	Число шарів	Двостороння товщина	Число шарів	Двостороння товщина з
				по ширині	по висоті		по ширині	по висоті
1	Синтофолій Н	0,16	3,5 обороту	1,1	2,2	7,5 обороту	2,4	4,8
2	Стеклолакотканина ЛСК - 155/180	0,15	1	0,3	0,3	1	0,3	0,3
3	Стеклотекстоліт СТК	0,5	1		0,5	1		0,5
4	Склотекстоліт СТК	0,5	1		0,5	1		0,5
5	Склотекстоліт СТК	0,5	1		0,5	1		0,5
	Допуск на укладання обмотки			0,3	0,5		0,3	0,5
	Загальна товщина ізоляції в пазу (без клину)			1,7	4,0		3,0	6,6
6	Плівка полиамидная ПМ 0,05 х 3=0,15 мм	0,15	1 в пів напуску	0,6	0,6	2 в пів напуску	1,2	1,2
7	Скляна стрічка ЛЕС	0,1	1 в пів напуску	0,4	0,4	2 в пів напуску	0,6	0,6
	Загальна товщина ізоляції стрижня в лобовій частині			1,0	1,0		1,8	1,8

Вибираємо дріт з розмірами:

ширина шліца

висота шліца

Заповнення паза ротора представлене в таблиці 3.4.

Таблиця 3.4. Заповнення паза ротора

Найменування	Розміри на паз, мм
	по ширині	по висоті
Стрижні обмотки - неізольована мідь 7 х 15,6	7,0	31,2
Пазова ізоляція	3,0	6,6
Допуск на укладання	0,4	0,3
Всього на паз без клину	10,4	38,1
Всього на паз з клином	10,4	42,1

Уточнюємо

Перевіряємо індукцію в найбільш вузькому місці зубця ротора

(3.36)

де - найбільш вузьке місце зубця ротора;

- коефіцієнт стали;

Найбільша ширина зубця ротора з напівзакритими пазами

(3.37)

Оскільки діаметр ротора не перевищує 990 мм, то сердечник ротора виконаний з безпосередньою посадкою на вал без проміжної втулки.

З метою поліпшення умов охолоджування ротора і зниження його маси і моменту інерції виконані аксіальні канали.

Сердечник ротора має 9 каналів діаметром розташованих в один ряд . Ротор має канали радіальної вентиляції.

Сердечник ротора зібраний з окремих листів електротехнічної сталі 2411, завтовшки 0,5 мм, що має термостійке електроізоляційне покриття.

(3.38)

де для ;

3.7 Розрахунок магнітного ланцюга

Розрахунок магнітного ланцюга проводять для режиму холостого ходу генератора, при якому для асинхронних машин характерний відносно сильне насичення витками зубців статора і ротора.

Максимальна індукція в зубцях статора

(3.39)

де

.

Мінімальна індукція в зубцях статора

(3.40)

де

Середня індукція в зубцях статора

Мінімальна індукція в зубцях ротора

(3.41)

Середня індукція в зубцях ротора

Індукція в ярмі статора

(3.42)

де

Індукція в ярмі ротора

(3.43)

де

Магнітна напруга повітряного зазору

(3.44)

де

- коефіцієнт повітряного зазору;

Магнітна напруга зубцевої зони статора

(3.45)

де - розрахункова висота зубця статора;

при перемішаному перетині зубців:

(3.46)

Значення напруженості поля в зубцях знаходимо відповідно до індукцій, по кривій намагнічення для зубців стали 2411.

Магнітна напруга зубцевої зони ротора

(3.47)

де

для

Оскільки, то необхідно врахувати відгалуження потоку в паз. Розрахункова ширина зубця береться по висоті 0,2 і 0,7 всієї висоти зубця від його найбільш вузької частини.

(3.48)

(3.49)

При

Магнітна напруга зубцевої зони

(3.50)

Коефіцієнт насичення зубцевої зони

(3.51)

Магнітна напруга ярма статора

(3.52)

де - довжина середньої магнітної лінії ярма статора, м:

(3.53)

де - напруженість поля при індукції В_а =1,04 Тл по кривій намагнічення для ярма стали 2411;

=126 А/м;

Магнітна напруга ярма ротора

(3.54)

де - напруженість поля при індукції по кривій намагнічення ярма для сталі 2411;

- довжина середньої магнітної лінії потоку в ярмі ротора;

(3.55)

де - висота спинки ротора

; (3.56)

Сумарна магнітна напруга магнітного ланцюга машини

(3.57)

Коефіцієнт насичення магнітного ланцюга

(3.58)

Струм, що намагнічує

(3.60)

3.8 Параметри асинхронного генератора для номінального режиму

Параметри асинхронної машини називають активні і індуктивні опори обмоток статора х₁, r₁, ротора r₂, х₂, опір взаємній індуктивності х₁₂ і розрахунковий опір r₁₂ (или ), введенням якого враховують вплив втрат в сталі статора на характеристики генератора.

Розрахунок параметрів схеми заміщення вироблений для номінального режиму.

Активні опори обмоток статора і фазного ротора

Активні опори r1 і r2 визначимо по основній розрахунковій формулі

(3.61)

де - коефіцієнт збільшення активного опору фази обмотки від дії ефекту витіснення струму;

- питомий опір матеріалу обмотки при розрахунковій температурі;

L - загальна довжина ефективних провідників фази обмотки;

- переріз ефективного провідника:

а - число паралельних гілок обмотки.

У провідниках обмотки статора асинхронних машин ефект витіснення струму виявляється трохи із-за малих розмірів елементарних провідників. Тому в розрахунку приймаємо .

У обмотках фазних роторів також приймає рівним одиниці незалежно від розмірів і числа провідників пазу, оскільки частота струму в них при номінальному режимі дуже мала.

Загальна довжина провідників фази обмотки статора

(3.62)

де - число витків фази статора;

- середня довжина витка обмотки статора.

Середню довжину витка обмотки знаходимо як суму прямолінійних пазових і зігнутих лобових частин котушки

(3.63)

Довжина пазової частини рівна конструктивній довжині сердечників машини:

Довжина лобової частини витка

(3.64)

Виліт лобової частини обмотки

(3.65)

де - середня ширина котушки статора:

(3.66)

В₁ - виліт прямокутної частини котушок з паза;

В₁ = 0,025 м;

- коефіцієнти, визначувані з виразів

(3.67)

(3.68)

у яких

; (3.69)

- ширина міді котушки в лобовій частині;

S - допустима відстань між міддю провідників сусідніх котушок; S = 0,0035 м.

Відносне значення активного опору статора знаходимо по формулі

(3.70)

Загальна довжина провідників фази обмотки ротора знаходимо по формулі (3.62). Середня довжина витка знаходиться по формулі

(3.71)

де .

Довжина лобових частин стрижня ротора

(3.72)

виліт лобової частини

(3.73)

де - середня відстань між сторонами послідовно сполучених стрижнів:

(3.74)

В_с - сума прямолінійних ділянок лобової частини стрижня; довжини вильоту з паза і довжини кінця стрижня в місці установки хомутиків, що сполучають стрижні один з одним; В_с = 0,07 м.

Коефіцієнти К_л и К_выл знаходять відповідно по формулах (3.67) і (3.68), в яких

(3.75)

де S₂ - відстань між міддю сусідніх стрижнів в лобових частинах; S₂ = 0,002 м;

- ширина міді стрижня ротора; ;

- зубцеве ділення по дну пазів:

(3.76)

Активний опір фази ротора r₂ визначили по формулі (3.61). Для подальших розрахунків r₂ приводиться до витків первинної обмотки

(3.77)

де - коефіцієнт приведення опорів;

Відносне значення приведеного активного опору ротора

Індуктивні опори обмоток генератора

Індуктивні опори обмоток генератора з фазним ротором розраховують по формулі

(3.78)

Розрахунок індуктивного опору обмотки статора

Коефіцієнт магнітної провідності пазового розсіяння

(3.79)

де лежить в межах, значить

; (3.80)

; (3.81)

Мал. 3.3 Конфігурація паза і розташування в нім провідників обмотки статора для розрахунку коефіцієнта магнітної провідності пазів статора показана на мал. 3.3.а.

Коефіцієнт магнітної провідності лобового розсіяння

(3.82)

де ;

.

Коефіцієнт магнітної провідності диференціального розсіяння:

(3.83)

. (3.84)

У цій формулі визначають по кривим;

Відносне значення

Розрахунок індуктивного опору обмотки ротора

Коефіцієнт магнітної провідності пазового розсіяння

(3.85)

де визначають по формулі (3.60); ;

Конфігурація паза і розташування в нім провідників обмотки ротора для розрахунку коефіцієнта магнітної провідності пазів ротора показана на мал. 3.3.б.

Коефіцієнт магнітної провідності лобового розсіяння

(3.86)

де

Коефіцієнт магнітної провідності диференціального розсіяння

(3.87)

де ; (3.88)

визначають по кривим;

Облік скосу пазів ротора

(3.89)

де

Приведене значення індуктивного опору

Відносне значення індуктивного опору ротора

Оскільки в асинхронних машинах те, а . У зв'язку з цим значення не грає помітної ролі при аналізі процесів в машині і в розрахунках їм часто нехтують.

Опір Х₁₂ визначають по формулі

(3.90)

Відносне значення

Опір визначають по формулі

(3.91)

Розрахунок Р_ст.осн дивитися в п. 3.8.1.

3.9 Розрахунок втрат

Основні втрати в сталі статора

(3.92)

де - показник ступеня;

- питомі втрати;

до - коефіцієнти, що враховують вплив на втрати в сталі нерівномірності розподілу потоку по перетинах ділянок магнітопровода і технологічних фактів;

Маса сталі ярма

(3.93)

Маса зубців статора

(3.94)

де - питома маса стали;

- середня ширина зубця статора;

Повні поверхневі втрати ротора

(3.95)

де - втрати, що доводяться на 1 м2 поверхні головок зубців ротора:

(3.96)

де - коефіцієнт, що враховує вплив обробки поверхні головок зубців ротора на питомі втрати; К₀₂ =1,8;

В₀₂ - амплітуда пульсації індукції в повітряному зазорі над воронками зубців ротора;

Для В_ш /б = 11,05; в₀₂ = 0,005.

;

Визначення пульсаційних втрат в зубцях ротора;

(3,97)

де В_пул2 - амплітуда пульсації індукції в середньому перетині зубців ротора;

; (3.98)

- маса зубців ротора;

(3.99)

- середня ширина зубця ротора

;

;

;

При відкритих пазах статора при визначенні г₁ замість підставляли розрахункову ширину розкриття паза _, яку визначили по формулі

(3.100)

де ; для = 11,12, ч_д = 3,1;

;

Додаткові втрати в сталі

(3.101)

Загальні втрати в сталі

(3.102)

Механічно вентиляційні втрати

(3.103)

де - число радіальних каналів

З аксіальною системою вентиляції

(3.104)

де Д_вент - зовнішній діаметр вентилятора;

(3.105)

де К_т = 0,35 при ;

Сумарні механічні втрати в АМ:

3.9.7. Втрати на тертя щіток об конкретні кільця

(3.106)

де - коефіцієнт тертя щіток об контактні кільця ;

- тиск на контактній поверхні щіток;

- загальна площа контактної поверхні всіх щіток;

- лінійна швидкість поверхні контактних кілець.

Вибираємо щітки МТСО з даними:

на пару щіток;

.

Площа щіток на одне кільце:

;

приймаємо

Число щіток на одне кільце:

;

приймаємо .

.

Площа щіток на 3 кільця:

Діаметр кілець .

Лінійна швидкість кільця

Постійні втрати

Струм холостого ходу генератора

(3.107)

де

;

.

Коефіцієнт потужності на холостому ході

3.10 Розрахунок робочих характеристик

Робочими характеристиками АГ є залежності

Метод розрахунку характеристик базується на системі рівнянь струмів і напруги асинхронного генератора, який відповідає Г-подібна схема заміщення представлена на малюнку 3.4.

Активні і індуктивні опори схеми заміщення є параметрами машини. Коефіцієнт є узятим із зворотним знаком відношенням вектора напруги фази до вектора ЭДС, при синхронному обертанні машини з урахуванням зрушення фаз цих векторів.

Значення визначається по формулі

(3.108)

де активна складова

(3.109)

реактивна складова

(3.110)

Мал. 3.4

3.11 Розрахунок магнітної характеристики асинхронного генератора

Магнітна характеристика є залежністю магнітної індукції повітряного зазору або ЭДС машини від струму, що намагнічує. [1]

В_б = ѓ (Iм) або Е_ф = 4(Iм)

Індуктивний опір ланцюгу намагнічення визначений по формулі

ч_м = Е_ф1/ Iм (3.111)

Для побудови магнітної характеристики розраховуємо магнітний ланцюг для декількох значень індукції В_б.

Результати розрахунку зведені в таблицю 3.5

Таблиця 3.5

Вб, Тл	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
Вz1max, Тл	1,31	1,51	1,758	1,977	2,13
Вz1min, Тл	1,08	1,28	1,46	1,65	1,83
Вz1 ср, Тл	1,20	1,41	1,61	1,81	2,01
Вz2 max, Тл	1,43	1,66	1,90	2,14	2,38
Вz2min, Тл	1,19	1,39	1,59	1,79	1,99
Вz2 ср, Тл	1,31	1,53	1,75	1,97	2,18
цб	0,0636	0,0742	0,0848	0,0954	0,106
Еф1, В	178,29	208	237,72	267,4	297,16
Вб, Тл	0,48	0,56	0,67	0,72	0,80
Вj, Тл	0,44	0,51	0,58	0,65	0,73
Fб, А	2223,68	2594,29	2964,9	3335,52	3706,13
Нz1max,А/м	333	700	2300	8100	16500
Нz1min,А/м	196	307	537	1180	3830
Нz1ср,А/м	254	432	976	3410	9700
Нz1, А/м	257,5	455,83	1123,5	3820	9861
Fz1, А	21,39	37,87	93,34	317,37	819,25
Вz0,2,Тл	1,25	1,46	1,67	1,88	2,09
Вz0,7,Тл	1,37	1,60	1,83	2,06	2,29
Н z0,2,А/м	284	537	1350	5100	13700
Н z0,7,А/м	394	932	3830	12000	35400
Fz2,А	27,93	60,52	213,42	704,52	2022,92
Нб,А/м	53	60	67	73	81
Fб,А	21,47	24,3	27,14	29,57	32,81
Нj, А/м	51	56	61	68	74
Fj,A	10,09	11,09	12,08	13,46	14,65
Fц,А	2304,56	2728,07	3310,88	4400,44	6595,76
чм, Ом	0,66	0,65	0,61	0,518	0,38

4. Розробка валогенераторної системи

Валогенераторна система є сукупністю механізмів і електротехнічних пристроїв, об'єднаних процесом виробництва електроенергії і що використовують для цієї мети потужність головного двигуна енергетичної установки судна.

Будь-яку ВГС можна характеризувати за наступними ознаками:

1) рід струму і тип електрогенератора;

2) наявність засобів стабілізації параметрів електроенергії (засобів СПЕ);

3) спосіб відбору потужності від головного двигуна.

ВГС, що розробляється, використовує валогенератор асинхронний генератор (АГ) трифазного змінного струму, частотою 50Гц, напругою 400В - прийнятими для СЕЕС. Гідністю асинхронного генератора є те, що він здатний генерувати електроенергію постійної частоти при змінній швидкості обертання. Крім того, АТ дуже прості в конструктивного виконання і тому мають малу вартість і велику надійність.

Основним недоліком АГ є необхідність в автономному джерелі реактивної потужності заданої частоти. А також залежність від активної потужності, що дається в мережу, від швидкості його обертання.

4.1 Склад валогенераторної системи

До складу ВГС для електричної установки з МОД входить:

1) мультиплікатор - вузол відбору потужності від ГД, що є зубчатою циліндровою двоступінчатою передачею, що підвищує;

2) ВГ - асинхронний генератор потужність 800кВт;

3) засоби СПЕ - синхронний компенсатор, що приводиться в обертання двигуном постійного струму, що живиться від керованого випрямляча, і комплектна конденсаторна установка;

4) батарея конденсаторів для самозбудження АГ;

5) інвертор виданий мережею;

6) трансформатор, що погоджує;

7) випрямляч в ланцюзі ротора;

8) блок управління ВГС.

Принципова схема ВГС представлена на малюнку 4.1.

Спосіб відбору потужності від ГД

Можливі наступні способи відбору потужності:

1) відбір потужності від носового торця колінвала;

2) відбір потужності від проміжного валу.

Можливі різні варіанти розташування генератора при використанні вище перелічених способів. З метою забезпечення раціональної компоновки механізмів машинного відділення, найбільш застосуємо для танкера дедвейтон 26000 тонн є розташування генератора паралельно осі ГД в корму від мультиплікатора, при цьому відбір потужності здійснюється від носового торця колінвала.

Принцип дії валогенераторної системи

Асинхронний генератор приводиться в обертання від ГД через мультиплікатор, сполучений з асинхронним генератором через муфту зчеплення. Підтримка постійності потужності при зменшенні частоти обертання грибного валу здійснюється шляхом введенням додаткових опорів в ланцюг фазного ротора. Роль додаткового опору виконує інвертор відомий мережею, який одночасно повертає в мережу енергію ковзання ротора, і тим самим підвищуючи ККД ВГС.

Самозбудження АТ здійснюється за допомогою батареї конденсаторів. Джерелом заданої частоти струму мережі для АТ є синхронний компенсатор, що приводиться в обертання двигуном постійного струму, який також підтримує постійність напруги мережі.

Компенсація реактивної потужності здійснюється синхронним компенсатором і комплективной конденсаторною установкою.

Управління інвертором і електроприводом постійного струму здійснює блок управління ВГС.

4.2 Вибір параметрів валогенераторної системи

Основним параметром ВГС є діапазон зміни частоти обертання грибного валу, який надалі визначає наявність засобів СПЕ, вихідну потужність ВГС і техніко-економічні показники.

Вибір діапазону зміни частоти обертання грибного валу або колінчастого валу ГД, оскільки ГД є мало оборотним двигуном (МОД) і працює безпосередньо на гвинт, проводиться на підставі діаграми навантаження ГД.

Діаграма навантаження ГД є залежністю потужності дизеля Ре від частоти обертання колінчастого валу n. При роботі Гд на ВФШ, передбачається що Р_е = n³.

Частота обертання грибного валу і потужність, що розвивається ГД при різних ходах судна в спокійній воді і за відсутності вітру визначені за допомогою таблиці 4.1.

Таблиця 4.1.

Режим «Хід вперед»	Потужність ГД, %	Частота обертання вала, %
Найменший	25	63
Малий	50	80
Середній	75	91
Повний	100	100
Найповніший	110	103,3

Передбачається, що ГД експлуатується при потужності (70-85) % від номінальної. Діапазон експлуатаційної потужності на рис.4.2. виділений заштрихованим полем. У цьому діапазоні потужностей знаходиться потужність, що розвивається ГД при середньому ході (див. мал. 4.2) вперед, - їй відповідає частота обертання n_А = 101 об/хв.

При ході судна на хвилюванні амплітуда коливання частоти обертанні ГД не перевищуватиме 10% від номінального значення з переходом від декількох десятків секунд до однієї хвилини.

Передбачається, що максимальне число оборотів валу ГД визначається граничною частотою обертання . рівне n_max = 119 об/хв.

Припускаючи, що ВГС охоплюватиме діапазон частот обертання валу симетричний щодо частоти робочої точки n_А, тому мінімальна частота обертання валу буде рівна n_min = 87 об/хв. Таким чином, при експлуатації судна матиме місце широкий діапазон застосування частоти обертання грибного валу, що зв'язане із застосуванням гвинта фіксованого кроку, тому ВГС, що розробляється, повинна бути забезпечена засобами СПЕ.

Діапазон зміни частоти обертання грибного валу складає 28 об/хв. або від 79,4% до 103,2% номінальної частоти обертання.

При виборі передавального відношення мультиплікатори ми виходимо з вимоги роботи АГ з негативним номінальним відношенням на природній характеристиці при мінімальній швидкості обертання грибного валу

i_м =

4.3 Визначення параметрів АГ як елементу схеми заміщення ВГУ

Знаходження еквівалентної провідності асинхронної машини.

Виходячи з схеми заміщення асинхронної машини (мал. 3.4.) запишемо вираз для еквівалентної провідності АМ.

г_экв = у₁ + у₂ =_{, (4.1)}

Z₁ = R₁ + ј ч ₁ + ј ч'₂ + R'₂ /S; (4.2)

Z₂ = R₁₂ + ј ч ₁₂. (4.3)

У формулах (4.2), (4.3) прийняті позначення:

R₁ = C₁r₁ = 1,039 0,00256 = 0,00266 Ом;

ч ₁ = C₁х₁ = 1,039 0,0191 = 0,0198 Ом;

ч'₂ = C₁² х'₂ = 1,039² 0,0251 = 0,0261 Ом;

R'₂ = C₁r'₂ = 1,039² 0,0027 = 0,0029 Ом;

R₁₂ = C₁r₁₂ = 1,039 0,0107 = 0,0111 Ом;

ч ₁₂ = C₁х₁₂ = 1,039 0,528 = 0,549 Ом.

Еквівалентна провідність АМ

г_экв =

Позбавляємося від комплексного числа в знаменнику, помноживши дріб на комплексно-зв'язаний множник. Одержавши вираз вигляду г = g - јb, де g - активна провідність, b - реактивна провідність

г_экв =

Активна провідність

g -

Реактивна провідність

b =

Знаючи активну і реактивну провідність АМ можна судити про споживану потужність асинхронного генератора, що генерується.

Потужність, що генерується АМ

Р = U² g; (4.4.)

Потужність, споживана АМ

Q = U² b (4.5)

Вибір синхронного компенсатора

Синхронний компенсатор вибирається виходячи з реактивної потужності споживаною асинхронним генератором і навантаженням за вирахуванням реактивної потужності компенсаторних батарей. При цьому потужність синхронного компенсатора (СК) повинна покривати коливання реактивної потужності навантаження.

Повна потужність СК

S = ЗU_1H I₀ = 3 400 422,2 = 500 000 ВА;

Активна потужність СК

Р = ЗU_1H I_0б = 3 400 11,51 = 15000 Вт Вт;