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.

а) б)

 

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.

 

а)     б)

 

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,