Выбор типа, числа и мощности генераторов

Введение.

При проектировании судна проводится расчет мощности необходимый для определения числа и мощности источников тока судовой электростанции, которые должны в различных режимах работать судна обеспечивать электроэнергией всех потребителей, работающих при этих режимах.

Потребляемая мощность при различных режимах существенно отличается друг от друга необходимо предусмотреть, чтобы в каждом режиме загрузка генераторов приближалась к номинальной. В противном случае недогруженные генераторы будут работать с низким КПД.

Для определения числа и мощности генераторов судовой электростанции можно пользоваться табличными и аналитическими методами.

При расчете аналитический метод основан на обобщенности статистических данных, собранных в результате исследования работы электростанций эксплуатированных судов, подобных проектируемому. Средняя мощность электростанции определяется по эмпирической формуле.

Источниками электрической энергии в основном являются генераторы которые в зависимости от приводов подразделяются на различные типы составляют перечень предполагаемых источников и преобразователей электрической энергии (дизель-генератора, валогенераторы, трансформаторы).

Все потребители-электроприводы вспомогательных механизмов, нагревательные приборы, освещение и другое оборудование – разбивают на группы по потреблению электрической энергии, от которых предполагается их питание.

2. Расчет мощности судовой электростанции.

Расчет мощности судовой электрической станции производим по табличному методу. В гр.1 таблицы указывается наименование групп и приемников электрической энергии, установленных на судне. В гр.2 таблицы указывается конкретный тип приемника электрической энергии, в гр. 3 число приемников n, включая резервные потребители; в гр.4 приводится установленная мощность каждого приемника.

В гр. 5 и 6 таблицы указываются номинальные значения коэффициента мощности cos φ и КПД каждого приемника электрической энергии (данные берутся из справочников). Номинальная потребляемая мощность Р_н.п. приемника, значение которой указывается в гр. 7 таблицы, рассчитывается по формуле:

Р_н.п.=Р_н.у./η,

где Р_н.у.- номинальная установленная мощность

η – КПД приемника.

Для рулевого устройства :

Р_н.п.= 14/0,885 = 15,8 · 2 = 31,6 кВт,

Номинальная мощность потребителя еще зависит от количества одноименных потребителей :

Р_н.р.у.= Р_н.п. · n ; где

n - количество одноименных потребителей

Рассчитываем номинальную потребляемую мощность для остальных приемников.

Далее таблица нагрузок рассчитываем по эксплуатационным режимам.

Р = 31,6 · 0,5 · 0,7 = 11,1 кВт,

В каждом эксплуатационном режиме приемники электрической энергии работают эпизодически, периодически и непрерывно. Эпизодически работающими являются одно или многократно включаемые приемники, общее время работы которых менее 3,5ч в сутки.

Периодически работающие приемники – это многократно подключаемые приемники, общее время работы которых составляет от 3,5 до 17 ч в сутки.

Непрерывно работающими являются одно или многократно подключаемые приемники, их общее время работы от 17 до 24 ч в сутки.

Н.Р. – непрерывная работа;

Э.Р. – эпизодическая работа;

П.Р. – периодическая работа.

Коэффициент загрузки большинства приемников механизмов и устройств судовой установки и судовых систем изменяется в пределах 0,8-0,9; коэффициент загрузки палубных механизмов в пределах 0,3-0,9; бытовых приемников в пределах 0,5-0,9;

электродвигателя шпиля в режиме снятия с якоря в пределах 0,6-0,8; значение К_з пожарных, балластных и осушительных насосов определяется значением 0,3-0,7, а компрессоры пускового воздуха имеют значение К_з 0,7-0,9.

В гр. 10 таблицы нагрузок приводится значение коэффициента мощности приемника электрической энергии cos φ который определяется по номинальному его значению гр. 5 в зависимости от К_з приемника гр.9. При малом изменении нагрузки приемников электрической энергии (до 75%) значение cos φ принимаются равными номинальному, а при более низких значениях нагрузки коэффициент мощности cos φ уменьшается и его значение, определяется по кривым (метод. указание приложение 4)

Значение потребляемой активной мощности Р кВт, приводится в гр. 12 таблицы и определяется по формуле :

Р = Р_н.п.· К_з · n; где:

n – количество приемников работающих в стояночном режиме гр. 11. Значение потребляемой реактивной мощности Q кВар приводится в гр. 12 и определяется по формуле:

Q = P · tg φ ;

tg φ - определяется по значению коэффициента мощности cos φ (гр.5). Р = Р_{потр.общ.}· К_одн.· К_з ;

Q = P · tg φ_реж.

Принимая значения коэффициентов согласно выбранного режима, вычисляем необходимые нам мощности.

Для рулевого устройства на стоянке не вычисляем т.к. устройство не задействовано.

На ходу:

Р = 31,6 · 0,5 · 0,7 = 11,1 кВт,

Q = 11,1 · 0,49 = 5,4 кВар.

В аварийном режиме :

Р = 31,6 · 0,9 · 0,9 = 25,5 кВт,

Q = 25,5 · 0,55 = 14,5 кВар.

Также находим и для других приёмников. Найденные значения необходимой мощности при различных режимах заносим в таблицу.

 

После заполнения всех строчек и граф таблицы нагрузок определяют следующие итоговые значения:

∑Р_п.р. и ∑Q_п.р. – суммарные активные и реактивные мощности периодически работающих потребителей, соответственно в кВт и кВар.

∑Р_н.р. и ∑Q_н.р. – суммарные активные и реактивные мощности непрерывно работающих потребителей, соответственно в кВт и кВар.

∑Р_п.р.+∑Р_н.р. и ∑Q_п.р.+Q_н.р. – суммарные активные и реактивные мощности периодически и непрерывно работающих приемников, соответственно в кВт и кВар.

Р₀ = (∑Р_п.р.+∑Р_н.р) · К_о и Q ₀= (∑Q_п.р.+ ∑Q_н.р.) · К_о – суммарные активные и реактивные мощности с учетом коэффициента одновременности.

Р_р = К_{п ·} Р₀; Q_р = Q₀ ; S_р=√(Р_р²+Q_р²) – расчетная мощности активная, реактивная, полная, соответственно в кВт, кВар, кв·А.

Здесь К_п – коэффициент, учитывающий значение потери мощности в сети (для малых судов 1,02; для средних 1,03; для крупных 1,04).

Средневзвешенный коэффициент мощности cosφ = Р_р / S_р. Значение коэффициента характеризующим вероятность совместной работы К_в.с.р. в заданном режиме отражает несовпадение нагрузок приемников при их суммировании и определяется в зависимости от соотношения мощностей непрерывно и периодически работающих приемников, а именно:

при аварийном режиме_.: К_в.с.р.= 0,9 – 1,0

на ходу : К_в.с.р.= 0,8 - 0,9

при стоянке : К_в.с.р.= 0,7 - 0,8

Стояночный режим

 

Р_расч. =(∑Р_н.р.+∑Р_п.р.) · К_п · К_в.с.р.= 354,2 · 1,03 · 0,75 = 273,6 кВт

Q_расч. =(∑Q_н.р.+∑Q_п.р.) · К_в.с.р.= 229,4 · 0,75 = 172 кВар

S_pасч. = √273,6²+172²=√74857+29584=√104441=323 кВ*А

 

Аналогично находим значения Р_расч. , Q_{расч. ,} S_pасч. для ходового и аварийного режимов. Полученный результат вносим в таблицу.

Находим средневзвешенный коэффициент мощности для всех режимов:

cos φ = Р_расч /S_расч

Стояночный режим :

cos φ =292,6/314 = 0,93

Ходовой режим:

сos φ =343 /404,6 = 0,85

Аварийный режим:

сos φ =107,1,4/127,6 = 0,84

После получения результатов по вычислению необходимой нам мощности подбираем необходимую нам марку генератора и их количество.

 

Выбор типа, числа и мощности генераторов.

Выбор генераторов производим на основании расчета таблицы нагрузок судовых потребителей электроэнергии. Так как значение средневзвешенного коэффициента мощности cos φ _ср.взв. больше 0,8 , то для выбора генераторов используем значение активной расчетной мощности Р_расч..

Выбор типа генераторов предопределяется типом главной энергетической установки судна.

На теплоходах в качестве первичного двигателя следует устанавливать дизели и сочленять их с судовыми генераторами с частотой вращения 500-750 об/мин. Для комплектации судовых электрических станций целесообразно применение генераторов мощностью 100, 160, 200, 250, 400 кВт.

Важно число и мощность генераторов выбрать так, чтобы в каждом режиме судна работающие генераторы загружались возможно полнее, особенно внимательно следует отнестись к загрузке генераторов в ходовом режиме и режиме стоянки. Так же учитываем режим работы судна с наибольшей нагрузкой потребителей. Запас общей мощности генераторов должен быть больше мощности потребителей не менее 20%.

Принимаем :

Тип генератора: 2СН59/31-4

Мощность, кВт: 200

Ном. напряжение, В: 400 со штатной системой возбуждения;

Частота вращение, об/мин: 1500

КПД %: 91,2

Количество, шт.: 3

Система автоматического регулирования напряжения синхронного генератора с самовозбуждением.

 

Система возбуждения основана на принципе прямого амплитудно фазового компаундирования. В данном варианте системы ток вторичной обмотки W2.1 является результатом электромагнитного сложения составляющих по напряжению и току генератора благодаря включению первичных обмоток W1.1 и W1.2 соответственно параллельно и последовательно относительно выводов генератора.

Начальное самовозбуждение, как уже говорилось, обеспечивается с помощью резонансного контура, образуемого в результате емкости конденсаторов, подключенных к выводам обмотки W2.2 и индуктивности рассеяния первичной обмотки W1.1.

Параметры силового трансформатора подобраны так. Что при отсутствии управления при любой нагрузке напряжение генератора выше номинального на 10-15%. Для снижения напряжения генератора в системе предусмотрено подмагничивание трансформатора постоянным током.

Подмагничивание может осуществляться от напряжение силового выпрямителя при ручном регулировании, или от корректора напряжения при автоматическом. При автоматическом регулировании напряжение на зажимах генератора поддерживается с отклонением ±2%, при плавном изменении нагрузки от 0 до 100% номинальной, коэффициент мощности от 0,4 до 0,9.Время восстановления напряжения установившегося значения с отклонением ±2,5% при переходных процессах не превышает 0,5с.

 

Расчет судовой электрической сети