Определение нагрузки судовой электростанции

В основе расчета нагрузки СЭС на спектре режимов эксплуатации в соответствии с [12] лежит определение P_max:

P_max = P_ср +3s

где P_max – максимальная интегральная мощность стандартных потребителей электроэнергии качественно одинаковых для любого типа судна с дизельной энергетической установкой, в том числе: механизмы постоянно работающие при работе главных двигателей, компрессоры пускового воздуха, сепараторы топлива и масла, перекачивающие насосы всех назначений, испарительная установка, вентиляция МКО, вентиляция жилых и служебных помещений, вентиляция грузовых помещений, кроме помещений предназначенных для перевозки техники с топливом в баках, рулевые машины, рефрижераторная установка провизионных камер, общесудовые насосы в обычных режимах использования, валоповоротные устройства и тельферы, палубные механизмы, вспомогательные грузоподъемные устройства в кратковременном режиме, средства радиосвязи и автоматизации; P_ср, s – математическое ожидание и среднее квадратичное отклонение нагрузки стандартных потребителей.

В качестве основных режимов рассматриваются длительные режимы ходовой (А) и стояночный без грузовых операций (Б). Корреляционные зависимости для P_ср и s на этих режимах представлены в табл.7.1 в функции типа главного двигателя, его установленной мощности N_e, МВт, и водоизмещения судна D, тыс. т.

Необходимая мощность основных генераторов морских транспортных судов на основных режимах эксплуатации определяется суммированием максимальной интегральной мощности стандартных потребителей электроэнергии и добавочных мощностей, связанных со спецификой судна на этих режимах:

P_ген = P_max +SD P

Таблица 7.1

Корреляционные зависимости для P_ср и s, кВт

Тип ГД, Ne и D	А	Б
Pср	s	Pср	s
Суда с МОД и СОД c Ne до 9 МВт	49 Ne
Суда с МОД и СОД c Ne > 9 МВт	17 Ne +
Суда с МОД типа Зульцер	59 Ne^0,8
Суда с D до 16тыс.т включительно		1,7 D		4,2 D^0,5
Суда с D свыше 16 тыс.т		0,11 D +25
Суда с D до 11 тыс.т включительно			10 D
Суда с D свыше 11 тыс.т			0,8 D +117

где SD P – сумма дополнительных потребителей, учитывающих климатическую зону, в которой эксплуатируется судна, а также наличие ряда специфических потребителей электроэнергии на данном судне на ряде режимов эксплуатации. Ряд корреляционных зависимостей для дополнительных потребителей представлены в табл. 7.2, 7.3.

Таблица 7.2

Корреляционные зависимости для мощностей дополнительных потребителей для судов всех типов

Добавочные мощности, связанные со спецификой судна	Обозначение	Формула
Для эксплуатации в тропической зоне	D P (01)	18 D ^0^,^5
Вентиляция МКО на стоянке в умеренной зоне	D P (02)	6,25 N ^0,6
Вентиляция МКО на стоянке в тропической зоне	D P ’(02)	12,5 N ^0,6
Подруливающие устройства наливных судов	D P (03)*	43 D ^0^,^7
Подруливающие устройства паромов	D P (03)*	163 D ^0^,^5
Подруливающие устройства прочих судов	D P (03)*	40 D ^0^,^9
Балластные насосы на танкерах, балкерах и газовозах в режиме стоянки с грузовыми операциями	D P (05)**	61 D ^0^,^4
На прочих судах D P (05) входит в интегральную мощность
Средства электрообогрева жилых помещений (при их наличии)	D P (08)	0,5 D P (01)
Вспомогательные воздухонагреватели ГД	D P (09)	(4 – 5) Ne
Мощность потребляемая системами возбуждения главных синхронных генераторов с самовентиляцией и возбуждения и вентиляции гребных электродвигателей	D P (13)	50 (S P ГЭД)^0,7
Управление ВРШ	D P (015)	8,5 N ^0,^4
Навешенные на ГД насосы масла (со знаком минус)	D P (017)	– 6,3 N
Навешенные на ГД насосы охлаждающей забортной воды	D P (018)	– 4,6 N
Навешенные на ГД насосы охлаждающей пресной воды	D P (019)	– 7,8 N ^0,^6

*) Учитывается номинальная мощность ПУ после выбора типоразмера по формулам D P (03);

**) На прочих судах D P (05) входит в интегральную мощность.

Таблица 7.3

Корреляционные зависимости для мощностей дополнительных потребителей на специализированных судах

Добавочные мощности, связанные со спецификой судна	Обозначение	Зависимость
На сухогрузных судах
Грузовое устройство	D P (011)	(0,53 + 1,05/ n) 0,15 nG ном V ном
Грузовое устройство с гидроприводом	D P г(011)	1,15  P (011)
Грузовые устройства судов для тяжеловесных грузов	D P (013)	По прототипу, 0,07 G ном V ном
Грузовые устройства лихтеровозов: Козловой кран Синхролифт Методом притопления	D P (021)	0,167 G ном V ном 0,489 G ном V ном 61 D ^0,4
На ролкерах и судах многоцелевого назначения
Вентиляция грузовых трюмов: На режимах хода, маневров, стоянки без грузовых операций (6-и кратный обмен в час) на режиме стоянки с грузовыми операциями (20-и кратный обмен в час) Заданный 10-и кратном обмене в час	D P (041)	1,08 V гп^0,4 V гп, тыс. м^3   3,6 V гп^0,4     1,8 V гп^0,4
Освещение грузовых помещений и накатных палуб	D P (042)	2,25 V гп^0^,^8
Грузовые лифты (D=10–11 тыс.т D P (043)=140–160кВт)	D P (043)	По прототипу
На ролкерах, контейнеровозах, судах многоцелевого назначения, железнодорожных паромах
Перевозка n рефрижераторных контейнеров с мощностью P рк 6 кВт в умеренной климатической зоне	D P (044)	P рк n 0,5
То же в тропической зоне	D P (044)	P рк n 0,6
На рефрижераторных судах
Холодильной установки на рефрижераторных судах в режиме максимального использования (kз=0,8)	D P (081)	30,6 V гп^1^,^7
То же на режиме маневров	D P (081)	30,6 V гп^1^,^7
То же на режиме хода и стоянки	D P (081)	23 V гп^1^,^7
То же на режиме стоянки с грузовыми операциями	D P (081)	15,3 V гп^1^,^7
На наливных и нефтенавалочных судах
Электропривод грузовых насосов на танкере (kз=0,8)	D P (091)	36,8 D ^0^,^9
Увеличение мощности насосов котла при паровом приводе	D P (091)	(3,6 – 5,5) D ^0^,^9
Электропривод системы инертных газов	D P (092)	(1,2 – 1,8) D ^0^,^9
На газовозах
Электропривод грузовой системы	D P (101)	Задано в ТЗ
Электропривод системы сжижения газов	D P (102)	Задано в ТЗ
Электропривод системы инертных газов	D P (103)	Задано в ТЗ
На железнодорожных паромах
Грузовое устройство (вагонолифт)	D P (121)	По прототипу, 0,4 Gном V ном

Так определяются необходимые мощности генераторов на восьми режимах эксплуатации морских сухогрузных судов:

1. Ходовой режим в умеренной зоне;

2. Ходовой режим в тропической зоне;

3. Стояночный режим в умеренной зоне;

4. Стояночный режим в тропической зоне;

5. Режим маневров в умеренной зоне;

6. Режим маневров в тропической зоне;

7. Стояночный режим с грузовыми операциями в умеренной зоне;

8. Стояночный режим с грузовыми операциями в тропической зоне.

Для танкеров, балкеров и газовозов вместо режимов 7 и 8 рассчитываются нагрузки на четырех стояночных режимах с грузовыми операциями:

7. Стояночный режим с погрузкой в умеренной зоне;

8. Стояночный режим с погрузкой в тропической зоне;

9. Стояночный режим с разгрузкой в умеренной зоне;

10. Стояночный режим с разгрузкой в тропической зоне.

Рассмотренная методика реализована в виде программного комплекса «НАГРУЗКА_СЭС», рекомендуемого к использованию на начальных этапах проектирования, когда потребители электроэнергии ещё не выбраны окончательно – на стадии эскизного и контрактного проектирования грузовых судов. Программный комплекс включает исполняемый файл (SES.EXE) – собственно программу расчета в соответствии с рассмотренной методикой, файлы исходных данных (SES.DAT) и конечных результатов (SES_REZ.DAT). Пример заполнения файла исходных данных приведен в табл.7.4.

Таблица 7.4

Исходные данные для расчета нагрузки судовой электростанции

№	Наименование переменной	I	R	Значен.
	Тип судна	CY	–
	Тип СЭУ	CEY	–
	Тип движителя	WIN	–
	Число движителей на судне	ZW	–
	Наличие подруливающего устройства 0/1	POD	–
	Тип привода грузового насоса на танкере: 1– электропривод	GRN	–
	Число рефрижерируемых контейнеров на контейнеровозе	ZKO	–
	Наличие навешенных насосов ГД 0/1	NN	–
	Наличие вспомогательного электроподогревателя воздуха ГД 0/1	WP	–
	Паровой привод балластных насосов 0/1	TBN	–
	Число грузовых кранов и лебедок	ZL	–
	Гидропривод кранов и лебедок 0/1	TPG	–
	Гидромуфты ГД 0/1	TGM	–
	Грузовые операции тяжеловесов 0/1	TG	–
	Грузовое устройство лихтеровоза 0/1/2	TGL	–
	Грузовое устройство газовоза 0/1	TGG	–
	Система сжижения газовоза 0/1	TGS	–
	Система инертных газов газовоза 0/1	TIG	–
	Наличие электрообогрева кают 0/1	TO	–
	Полное водоизмещение судна	D	т	50893.
	Водоизмещение судна порожнем	D0	т	8793.
	Суммарная мощность двигателей на режиме СМДМ (НМДМ)	NE	кВт	7840.6
	Объем грузовых трюмов	VGR	м^3	42100.
	Мощность потребляемая рефрижерируемым контейнером	PKO	кВт	0.0
	Кратность воздухообмена ролкера	КZI	–	0.0
	Мощность компрессора пускового	PKP	кВт	40.0
	Средняя грузоподъемность лебедок и кранов	GL	т	5.0
	Средняя скорость подъема груза	VL	м/ мин	10.0
	Коэффициент спроса на маневровые устройства	KSM	–	0.8

Кодирование переменных CY, CEY, WIN и ZW рассмотрено в разделе 2. В большинстве остальных признаков возможные значения приведены в столбце «Наименование переменной». Величина 0 в графе «Значение» означает отсутствие данного электрооборудования. В дополнительном пояснении нуждаются только отдельные величины: п.6 – тип привода грузового насоса на танкере: 1 – означает электропривод грузового насоса, 0 – означает паровой привод грузового насоса; п.15 – грузовое устройство лихтеровоза 0/1/2: 0 – применен козловой кран; 1 – применен синхролифт; 2 – грузовая операция методом притопления.

Все переменные в строках 1 – 19 табл.7.4 являются целыми числами. Для них обязательным является отсутствие десятичной точки, отмечающей нулевую позицию числа. Численные значения этих величин должны заноситься в файл SES.DAT вплотную к правой границе ввода, обозначенной вертикальной линией.

Переменные в строках 20 – 29 являются действительными переменными. Их расположение в области ввода произвольное, обязательным является присутствие десятичной точки, обозначающей нулевую позицию числа. В п.22 указывается суммарная мощность двигателей на режиме СМДМ, которая и считается установленной мощностью двигателей. В п.25 указывается кратность циркуляции системы вентиляции трюмов на ролкере на режиме грузовых операций.

Для осуществления расчета следует вызвать на экран дисплея файл SES.DAT, откорректировать значения переменных, и записать файл на прежнее место в директории¸ в котором ведется проектирование. Далее следует запустить на исполнение файл SES.EXE. После отработки программы в файле SES_REZ.DAT будут находиться результаты расчета максимальных ожидаемых мощностей на режимах хода и стоянки, значения требуемых мощностей генераторов на 8 – и характерных режимах для сухогрузных судов или 10 – и характерных режимах для наливных судов, а также значения добавочных мощностей в соответствии с нумерацией, приведенной в табл.7.2 и 7.3.

Ниже в табл.7.5 и 7.6 приведен пример результатов расчета для исходных данных, приведенных в табл.7.4.

Таблица 7.5

Параметры нагрузки судовой электростанции

Наименование переменной	R	Значение
Математическое ожидание мощности на ходу	кВт	384.19
Среднее отклонение мощности на ходу	кВт	30.60
Математическое ожидание мощности на стоянке	кВт
Среднее отклонение мощности на стоянке	кВт
Максимальная ожидаемая стандартная мощность на ходу	кВт	475.98
Максимальная ожидаемая стандартная мощность на стоянке	кВт	247.60

Таблица 7.6

Максимальные ожидаемые нагрузки генераторов СЭС, кВт
На ходовом режиме в умеренной зоне	475.98
На ходовом режиме в тропической зоне	604.39
На стояночном режиме в умеренной зоне	269.10
На стояночном режиме в тропической зоне	419.02
На режиме маневров в умеренной зоне	1149.16
На режиме маневров в тропической зоне	1277.57
На грузовом режиме в умеренной зоне	1878.67
На грузовом режиме в тропической зоне	2028.58
На режиме погрузки в умеренной зоне *)	562.86
На режиме погрузки в тропической зоне *)	712.78

*) только для наливных судов.

7.2. Комплектование судовой электростанции генераторами

В работе [12] приведены рекомендации по выбору альтернативных вариантов комплектования СЭС и выбору из их состава оптимального варианта. Среди прочих следует выделить следующие рекомендации:

– рекомендовано применение ДГ с приводом от двигателей с частотой 750 – 1000 об/мин и не рекомендовано применение ДГ с приводом от двигателей с повышенной оборотностью 1500об/мин. Эта рекомендация обосновывается повышением надежности;

– на длительных эксплуатационных режимах целесообразно использовать один ДГ. Дробление мощности и включение на длительных режимах нескольких ДГ увеличивает среднегодовую наработку и ускоряет выработку ресурса СЭС;

– эксплуатация ДГ, спроектированных на температуру 27 ⁰С в соответствии со стандартом ИСО, в тропической зоне требует снижения допускаемой нагрузки на 10–15 %;

– нагрузка генераторных агрегатов, работающих параллельно, не должна превышать 90% от номинальной мощности в связи с неравномерностью распределения нагрузок, равной 10%;

– на судах, обладающих большими коэффициентами ходового времени, рекомендуется применение валогенераторов с номинальной мощностью, полностью обеспечивающей ходовой режим, как в умеренных климатических условиях, так и в тропической зоне. Для двухвинтовых судов целесообразно применять два ВГ одинаковой мощности, равной потребности судна в электроэнергии на ходовом режиме, для поочередного использования. При наличии на судне подруливающего устройства мощность ВГ должна быть достаточной для пуска и работы ПУ только от ВГ;

– типовыми вариантами комплектации СЭС являются:

вариант 1 – применение трех одинаковых ДГ;

вариант 2 – применение двух одинаковых ДГ и одного стояночного ДГ меньшей мощности;

вариант 3 – применение четырех одинаковых ДГ;

вариант 4 – применение двух одинаковых ДГ и ВГ;

вариант 5 – применение трех одинаковых ДГ и ВГ.

В случае применения трех одинаковых ДГ (вариант 1) номинальная мощность каждого должна быть достаточной для обеспечения расчетной нагрузки ходового режима в любой климатической зоне. Если при этом на стояночном режиме имеет место недопустимо малый коэффициент загрузки генератора, то номинальная мощность ДГ может выбираться для обеспечения ходового режима только в умеренной климатической зоне. Два ДГ эксплуатируются на наиболее энергоемких режимах – обычно это маневры и стояночный режим с грузовыми операциями. Третий дизель-генератор на этих режимах является резервным, а на ходовых и стояночных режимах без грузовых операций используется один генератор с приемлемым значением коэффициента загрузки, а два остальных находятся в резерве. Различия между дизель-генераторами отсутствуют, так как они выбраны из стандартных типоразмерных рядов и являются одинаковыми. Использование этих источников электроэнергии в качестве основных или резервных является произвольным с учетом равномерного расходования их ресурса и с учетом планируемых сроков заводских ремонтов, пригодных для замены или восстановления ресурса дизель-генераторов.

Вариант 2 применяется для судов с большим временем стоянки в случае, если вариант 1 обеспечивает неприемлемо малые значения коэффициента загрузки основного генератора на стояночном режиме. Номинальная мощность каждого из основных ДГ должна быть достаточной для обеспечения ходового режима и стояночного режима с грузовыми операциями в любой климатической зоне.

Третий вариант комплектации СЭС применяется при наличии на ходовых режимах мощных потребителей, требующих включения нескольких ДГ.

В случае применения варианта 4 номинальная мощность каждого ДГ и ВГ рекомендуется выбирать достаточной для полного обеспечения расчетной нагрузки на ходовом режиме для любой климатической зоны. Номинальную мощность ДГ допускается выбирать меньше номинальной мощности ВГ для обеспечения достаточно высокого коэффициента загрузки ДГ на стояночном режиме.

В случае применения варианта 5 номинальная мощность ВГ должна обеспечивать ходовой режим в любой климатической зоне. Номинальную мощность ДГ рекомендуется выбирать меньше номинальной мощности ВГ для обеспечения достаточно высокого коэффициента загрузки ДГ на стояночном режиме и обеспечения ходового режима одним или двумя ДГ в зависимости от климатической зоны и мощности включенных потребителей.

Во всех вариантах режим стоянки должен обеспечиваться одним ДГ – основным или стояночным.

Варианты использования генераторных агрегатов для обеспечения режима маневров и стоянки с грузовыми операциями приведены в табл.7.7.

При наличии на судне особо мощных потребителей на режиме стоянки с грузовыми операциями допускается работа всех ДГ.

Дизель-генераторы производятся большим количеством отечественных и зарубежных производителей. Широкий диапазон мощностей покрывается дизель-генераторами на базе двигателей фирмы CUMMINS и генераторов фирмы STAMFORD. Эти дизель-генераторы представлены в Приложении.

Таблица 7.7

Использование ГА на производных режимах СЭС

Варианты комплектации СЭС	Режим маневров	Режим стоянки с грузовыми операциями
	2 ДГ	2 ДГ
	2 ДГ	1 ДГ
	3 ДГ	3 ДГ
	ВГ и 2 ДГ	1 ДГ
	ВГ и 2 ДГ	2 ДГ

Попытаемся обеспечить дизель-генераторами CUMMINS – STAMFORD потребности танкера, расчет электростанции которого приведен в табл.7.6. Принимаем два ДГ CNE1040 по 748 кВт и один ДГ CNE570 с мощностью 412 кВт. Их параметры приведены в табл. 7.8.

Таблица 7.8

Марка ДГ	Ne	bт	Gс	Gр	L	B	H
CNE570		0,200	3,575	3,680	3,45	1,455	2,235
CNE1040		0,197	6,001	6,220	4,10	1,625	2,455

Схема использования генераторных агрегатов такая – на ходу и на стоянке под погрузкой работает один генератор CNE1040 мощностью 748 кВт. На стоянке без грузовых операций работает один ДГ CNE1040 мощностью 412 кВт. На маневрах работают два ДГ CNE1040. На режиме разгрузки работают все три ДГ.

---

Дата добавления: 2015-08-13