Электродвигательные судовые энергетические установки
Электродвигательные судовые энергетические установки
Суда, на которых в качестве двигателей в СЭУ используются электродвигатели, называются электроходами.
На электроходах применяют три вида СЭУ:
1. постоянного тока с гребными электродвигателями независимого возбуждения;
2. переменного тока с синхронными и асинхронными электродвигателями;
3. двойного рода тока, в которых переменный ток судовой сети преобразуется в постоянный, а последний передается к электродвигателям постоянного тока независимого возбуждения.
Гребной электродвигатель располагают ближе в корму, насколько позволяют обводы кормового подзора и условия выемки гребного вала.
Дизель–генераторы и гребные двигатели устанавливают либо в одном, либо в разныхотсеках, а её элементы могут располагаться на различных палубах (см. рис. 11.26).
Рис. 11.26.Расположение компонентов двухвальной дизель–электрической ГЭУ»:
DECK – палуба; EngineControlRoom – центральный пост управления (ЦПУ); 6.6 kv (HV) switchboard– щит электродвижения напряжением 6,6 кВ; diesel–gensets – дизель–генератор; propulsionelectricmotors–гребной электродвигатель
Преимущества применения электродвижения с главной электрической перадачей следующие:
1. отсутствие длинных валопроводов, так как гребные электродвигатели размещают ся в корме судна;
2. возможность применения более простых нереверсивных быстроходных двигателей, число которых можно выбирать, независимо от числа гребных винтов;
3. высокие манёвренные качества и возможность работы на низких скоростях хода судна при неполном числе работающих первичных двигателей;
4. возможность использовать вырабатываемую главными генераторами энергию для работы судовых вспомогательных механизмов.
Однако СЭУ с электродвижением имеет и недостатки:
1. увеличенный вес;
2. более низкий КПД (на 8÷13% ниже, чем у зубчатой передачи);
3. более высокую стоимость.
Поэтому электродвижение применяют либо на специальных судах с повышенными маневренными качествами и частыми реверсами (буксиры, ледоколы, паромы) или в тех случаях, когда выгодно использовать мощность электрической СЭУ для обеспечения работы судовых механизмов (плавучие краны, земснаряды, рыбопромысловые суда, плавмастерские).
В последние годы на судах с электродвижением устанавливают гребные азиподные установки или, иначе, полноповоротные движители (слово AZIPOD– сокращение от двух слов: «AZIMTYTH» – азимут, направление, и «POD» – гондола, в свободном переводе – полноповоротный движитель с электроприводом).
Эта установка сочетает в себе перо руля, роль котороговыполняет корпус гондолы, и гребную электрическую установку (см. п. 7.1).Принципиальная схема установки типа AZIPOD показана на рис. 11.27.
Установку также называют «винторулевая поворотная колонка» (ВРПК).
В обтекаемой капсуле (гондоле) находится нереверсивный синхронный двигатель, поэтому вращающий винт –фиксированного шага. Скорость двигателя регулируется (см. рис. 11.28).
Рис.11.27.Азиподная установка с синхронным электродвигателем и винтом фиксированного шага
 |  |
| Рис. 11.28. Азиподная установка с синхронным двигателем мощностью 25000 кВт: а– внешний вид установки; б – установка в натуральную величину (морская выставка в Гамбурге, 2007 г.) |
 |
| Рис. 11.29. Размеры МО на судне: а – с дизелем;б– с азиподной установкой в сравнении |
Кроме синхронных двигателей, возможно применение асинхронных.
Мощность зависит от водоизмещения судна и достигает десятков тысяч киловатт.
Использование таких установок уменьшаетразмеры МО, а освободившийся объём можно использовать дляперевозки грузов (см. рис. 11.29).
Азиподные установки применяются на судах, где требуется повышенная манёвренность – буксирах, ледоколах и крупных пассажирских судах.
Электродвигательные судовые энергетические установки
Суда, на которых в качестве СЭУ используются электродвигатели, называются электроходами.
На электроходах применяют три вида СЭУ:
1. постоянного тока с гребными электродвигателями независимого возбуждения;
2. переменного тока с синхронными и асинхронными электродвигателями;
3. двойного рода тока, в которых переменный ток судовой сети преобразуется в посто-янный, а последний передается к электродвигателям постоянного тока независимого возбуждения.
Гребной электродвигатель располагают ближе в корму, насколько позволяют обводы кормового подзора и условия выемки гребного вала.
Дизель-генераторы и гребные двигатели устанавливают либо в одном отсеке (рис. 4.5), либо в разных.
Рис. 4.5. Расположение компонентов 2-вальной дизель-электрической гребной электродвигательной установки(ГЭУ):
палуба 2 – центральный пост управления; палуба 3 – щит электродвижения напряжением 6,6 кВ; палуба 4 – дизель-генераторы (4 шт.) и гребные электродвигатели (2 шт.)
Преимущества электропривода следующие:
1. отсутствие длинных валопроводов, так как гребные электродвигатели размещаются в корме судна (см. рис. 4.5, DECK 2);
2. возможность применения более простых нереверсивных быстроходных двигателей, число которых можно выбирать, независимо от числа гребных винтов;
3. высокие маневренные качества и возможность работы на низких скоростях хода судна при неполном числе работающих первичных двигателей;
4. возможность использовать вырабатываемую главными генераторами энергию для работы судовых вспомогательных механизмов.
Однако электропривод имеет и недостатки:
1. увеличенный вес;
2. более низкий КПД (на 8 – 13% ниже, чем у зубчатой передачи);
4. более высокую стоимость и пр.
Поэтому электродвижение применяют либо на специальных судах с повышенными маневренными качествами и частыми реверсами (буксиры, ледоколы, паромы) или в тех случаях, когда выгодно использовать мощность электрической СЭУ для обеспечения работы общесудовых механизмов (плавучие краны, земснаряды, рыбопромысловые суда, плавмастерские).
На атомоходах тепло, выделяющееся в результате расщепления атомов урана, используется для получения перегретого пара высокого давления, который приводит во вращение турбогенератор, снабжающий электроэнергией гребной электродвигатель.
Таким образом, атомоходы – это электроходы.
Первый атомоход был построен в СССР – ледокол «Ленин» (1959 г.), через несколько лет появились американское грузопассажирское судно «Саванна» и немецкий рудовоз «Отто Ганн» (назван в честь выдающегося немецкого физика-ядерщика, работавшего в 30-х годах ХХ века).
В последние годы на судах с электродвижением устанавливают гребные азиподные установки или, иначе, полноповоротные движители (слово AZIPOD – сокращение от двух слов: «AZIMTYTH» – азимут, направление, и «POD» – гондола, в свободном переводе – полноповоротный движитель с электроприводом).
Эта установка сочетает в себе перо руля, роль которого выполняет корпус гондолы, и гребную электрическую установку (рис. 4.6).
Рис. 4.6. Азиподная установка с синхронным электродвигателем и винтом фиксированного шага (ВФШ)
Установку также называют «винторулевая поворотная колонка» (ВРПК).
В обтекаемой капсуле (гондоле) находится нереверсивный синхронный двигатель, поэтому вращающий винт – фиксированного шага. Скорость двигателя регулируется.
При помощи гидропривода капсула может поворачиваться на угол 360º, что необходимо для обеспечения переднего и заднего хода.
При движении судна по курсу гондола равномерно обтекается с обеих сторон потоком воды, поэтому судно курс не меняет.
При необходимости смены курса с помощью гидропривода поворачивают гондолу в нужном направлении на необходимый угол.
При этом гондола начинает выполнять роль обычного пера руля – сила давления воды на гондолу заставляет корму судна поворачиваться в нужном направлении.
Однако основное усилие на корму создает не давление воды на гондолу, а сила упора винта, приводимого в движение электродвигателем.
В результате маневренные качества судов с такими установками резко улучшаются, т.к. судно поворачивается гораздо быстрее, чем при использовании обычных рулей.
Кроме синхронных двигателей, возможно применение асинхронных.
Рис. 4.7. Азиподная установка с синхронным двигателем мощностью 25 000 кВт:
а – внешний вид установки; б – установка в натуральную величину (морская выставка в Гамбурге, 2007 г.)
Мощность этих двигателей зависит от водоизмещения судна и достигает десятков тысяч кВт.
Рис. 4.8. Размеры машинных отделений на судне с ДВС (а) и с азиподной установкой (б) в сравнении
Использование азиподных установок позволяет сократить размеры машинного отделения (см. рис. 4.8), а освободившийся объем (на рис. 4.8 затемнён) использовать для перевозки грузов.
Азиподные установки применяются на судах, где требуется повышенная маневренность – буксирах, ледоколах и крупных пассажирских судах,
Что такое азиподный двигатель
18 декабря 2009
В.В.Путин провел в ОАО «Адмиралтейские верфи» совещание по вопросу «Об обеспечении оборонно-промышленным комплексом нового облика Вооруженных Сил РФ современными образцами вооружения и военной техники для Военно-морского флота»
Вступительное слово В.В.Путина:
Добрый день, уважаемые коллеги.
Мы продолжаем серию совещаний, посвящённых развитию российского оборонно-промышленного комплекса. В принципе, у всех этих совещаний одна задача — понять, какие дополнительные решения требуются по модернизации предприятий и корректировке планов закупки вооружений и военной техники в связи с переходом к новому облику Вооруженных Сил Российской Федерации.
Российские Вооружённые Силы должны стать более компактными, мобильными, боеспособными — мы это часто повторяем, — а долю современных вооружений в их оснащении следует увеличить до 70% к 2020 году. Это в полной мере относится и к Военно-Морскому Флоту страны, планы по обеспечению которого новой техникой мы рассмотрим сегодня.
У нашего гражданского судостроения еще много нерешенных проблем, но все же оно уже производит современные, соответствующие мировым стандартам суда и морскую технику. Пример — спущенный сегодня на воду танкер ледового класса водоизмещением 70 тыс. тонн, электроходный с азиподным двигателем и двумя рубками, оснащенный оборудованием для работы в самых тяжёлых условиях Арктики.
То есть, если надо — мы можем, в состоянии решать задачи любой сложности на самом современном технологическом уровне. Такой же качественный рывок нужно совершить и в военном судостроении. Абсолютно необходимо в самые сжатые сроки разработать долгосрочную программу его развития. Она должна опираться на объективные потребности Флота, учитывать задачи, которые перед ним стоят сегодня, или на базе прогноза возникнут в перспективе не менее, чем 30 лет. Это — как минимум.
Безусловно, нельзя не принимать во внимание и реальные возможности государства по финансированию соответствующих проектов. А это значит, что в программе должны быть четко выстроены приоритеты. Причем, речь идет не только о том, чтобы спроектировать или даже спустить корабль на воду. Нужно просчитать все этапы его жизненного цикла: текущую эксплуатацию, ремонт и даже последующую утилизацию.
Объединенная судостроительная корпорация — наш основной производитель морской техники — должна выстроить единую технологическую цепочку строительства и последующего обслуживания военных судов.
Также совместно с Минпромторгом, Минобороны необходимо принять решения по оптимальной загрузке входящих в «ОСК» верфей и заводов как военной, так и гражданской продукцией. И под конкретные заказы — проводить их техническое перевооружение. При этом основной акцент надо сделать на выпуске серийной техники. Только так мы сможем добиться, чтобы бюджетные средства действительно приносили пользу, а не распылялись между многочисленными, но часто неэффективными проектами.
Требуется провести и анализ нормативной базы, регулирующей создание военных кораблей, морского вооружения и техники, устранить имеющиеся в ней противоречия и анахронизмы.
Еще одна серьезная задача — это повышение уровня локализации производства. Нет ничего, разумеется, плохого в том, что наши корабелы используют импортные технологии и комплектующие. Но в перспективе — я думаю, что все мы это прекрасно понимаем — нужно создавать отечественную современную компонентную базу, что позволит дополнительно загрузить смежные отрасли промышленности.
Решая стратегические вопросы, уважаемые коллеги, мы не должны забывать и о текущих делах и проблемах. На фоне кризиса во многих других отраслях отечественное судостроение завершает год с весьма приличными результатами. По итогам января-сентября рост составит 74%.
Тем не менее, ряд предприятий испытывает серьёзные трудности. И, конечно, ими нужно заниматься предметно. В этой связи могу сообщить, что буквально на днях мы выполнили наши обещания и обязательства перед Амурским судостроительным заводом: предприятию перечислено 1,9 млрд рублей для завершения работ по экспортному контракту.
Кроме того, Минобороны разместит на этом предприятии дополнительные заказы общим объёмом до 3 млрд рублей.
Объединенная судостроительная корпорация вплотную занимается обеспечением нормальной загрузки калининградского завода «Янтарь». Естественно, принимать решения о новых заказах будет легче, если «ОСК» сможет полноценно интегрировать это предприятие в свою структуру.
Но это такой общий обзор по текущим проблемам. Давайте перейдем к теме нашего сегодняшнего совещания.
Электрическая движительная установка Azipod® VI
Azipod® VI – это лидер систем электродвижения для ледокольных судов, которые доказали свою уникальную надежность и ледовую проходимость на широком диапазоне судов. Система Azipod® расширила классические представления о ледоколах и идеально соответствует новому поколению коммерческих судов, которые могут осуществлять операции в ледовых условиях независимо, без помощи ледоколов.
Почему именно электрическая движительная установка?
Электрический движитель и сопряженный частотный преобразователь составляют важную часть концепции Azipod. Для судов, эксплуатируемых во льдах, требуется более высокий крутящий момент вала гребного винта, в особенности, когда винт окружен льдом. В отличие от дизельных двигателей, электродвигатели могут быть спроектированы таким образом, чтобы обеспечивать максимальный крутящий момент при низких значениях частоты вращения гребного винта и даже при его останове.
Кроме того, электрическая движительная система допускает перегрузку по крутящему моменту и, в сочетании с прочностными характеристиками Azipod, эти возможности могут использоваться для сохранения вращения гребного винта в тяжелых ледовых условиях.
Почему именно Azipod®?
Движительная установка Azipod была разработана в ответ на специальные требования к мощности и маневренности, необходимые для эффективной эксплуатации судов во льдах. На протяжении ряда лет система непрерывно совершенствовалась, и сегодняшняя установка Azipod VI представляет собой передний край технологии систем электродвижения в ледовых условиях.
Основные преимущества движителя Azipod:
— Повышенная маневренность в тяжелых ледовых условиях. Возможность поворота на 360° обеспечивает полный крутящий момент и тягу в любом направлении, полный крутящий момент доступен даже при останове гребного винта и при реверсировании.
— Прочная механическая конструкция. Один короткий вал и отсутствие конических зубчатых передач означает, что максимальный крутящий момент электрического двигателя может быть полностью использован без механических ограничений.
— Прочность и жесткость. Корпус Azipod с рамной конструкцией и короткий жесткий валопровод выдерживают резкие изменения тяги и высокие ударные нагрузки во время дробления льда.
— Свобода при проектировании судов. Azipod обеспечивает высокую проектную гибкость и возможность разработки судов с отличными эксплуатационными характеристиками как для операций во льдах, так и на открытой воде.
Установка Azipod® и эксплуатация судов двойного действия
С давних пор общеизвестно, что движение судна кормой вперед во льдах позволяет улучшить способность к плаванию во льдах. Это происходит вследствие эффекта обмывания кормы судна кильватерной струей от гребного винта, что снижает трение. Также общеизвестно, что рули можно повредить, а рулевое управление может быть затруднено при движении кормой вперед в ледовых условиях.
С использованием установки Azipod концепция судов двойного действия увенчалась успехом. Эти суда проектируются с превосходными ледокольными характеристиками при сохранении возможности рулевого управления в полном объеме для случаев движения кормой во льдах. Теперь нос ледокола может быть спроектирован для обеспечения оптимальной работоспособности судна на открытой воде.
Основное преимущество при движении судна кормой вперед заключается в существенном снижении требуемой мощности. Обычно танкер, требующий мощности в 10 МВт при движении в открытой воде будет требовать установленной мощности в 20 МВт для движения во льдах носом вперед. Если же его конструкция будет предусматривать движение во льдах кормой вперед, требуемая мощность будет снижена до 12 МВт.
Движение судна вперед кормой с гребным винтом (винтами) впереди особенно эффективно при приближении к зонам прохода через сплошные ледяные торосы. Гребной винт (винты) дробят подводную часть тороса на куски льда и разгоняют их, вытесняя струей от гребного винта, и таким образом, судно идет через поле торосов ровно без рэмминга.
До 1990 года валопроводный движитель был доминирующей гребной системой для всех типов ледоколов и судов ледового плавания. Однако, существенной слабостью данной системы была недостаточная маневренность. Альтернативным решением стали механические движители, однако они имели сложную механическую конструкцию, которая снижала их прочность и надежность. Это открыло дорогу для систем Azipod®.
Общий обзор конструкции
Azipod® VI Azipod представляет собой уникальный электрический винторулевой комплекс, обеспечивающий привод движения и рулевое управление в едином блоке. За счет встроенного высокоэффективного электродвигателя переменного тока, приводящего в действие гребной винт фиксированного шага, установленный прямо на валу двигателя, Azipod отличается от других конструкций движителей. Основное различие заключается в силовой передаче. В то время как механические движители имеют сложную трансмиссию с зубчатыми колесами и валами, Azipod имеет только электрические кабели между источником электрического питания и электродвигателем. Это позволяет построить крайне прочное гребное устройство, объединяющее в себе простоту, прочность и надежность для наиболее сложных ледовых условий и судов любого ледового класса.
Положительно зарекомендовавшие себя эксплуатационные характеристики
В настоящее время система Azipod является единственной по-настоящему положительно зарекомендовавшей себя конструкцией движителя для использования на ледокольных судах. Компания ABB поставляла одинарные и двойные конструкции Azipod для широкого диапазона типов судов, и реализовала множество проектов со всеми важнейшими классификационными обществами мира и для судов различных ледовых классов.
Полномасштабные измерения и испытания ледовой нагрузки
