7.2. Гребные электрические установки

Гребная электрическая установка – это главная силовая энергетическая установка судна, которая приводит гребной винт во вращение с помощью электродвигателя, питаемого током, вырабатываемого генератором. Установки такого типа используются, в основном, на ледоколах, судах специального назначения, подводных лодках.

Крупнейшим судном, использующим гребную электрическую установку, в настоящее время можно считать океанский лайнер RMS Queen Mary 2, оснащённый четырьмя подвижными электродвигателями типа "Azipod" мощностью по 215 мВт.

Электрическая передача позволяет обеспечить сохранение постоянства мощности главного двигателя при изменениях момента на гребном винте.

Гребные электрические установки (ГЭУ) могут быть классифицированы по следующим признакам:

1. По роду тока – переменного, постоянного и переменно-постоянного (двойного рода тока);

2. По типу первичного двигателя – дизель-электрические, турбо– электрические и газо-турбо-электрические;

3. По системе управления – с ручным и автоматическим управлением;

4. По способу соединения гребного электродвигателя с винтом – с прямым соединением и с редукторным соединением.

В гребных электрических установках постоянного тока в качестве главных генераторов применяются генераторы с независимым возбуждением, а в качестве гребных электродвигателей – двигатели с независимым возбуждением.

В гребных электрических установках переменного тока в качестве главных генераторов применяются синхронные машины, а в качестве гребных электродвигателей – синхронные или асинхронные электродвигатели.

Использование мощных управляемых полупроводниковых выпрямителей позволило создать ГЭУ двойного рода тока.

Преимуществами ГЭУ этого типа являются:

– высокая надёжность и экономичность синхронных генераторов;

– плавное и экономичное регулирование частоты вращения гребного электродвигателя, управляемого выпрямителем;

– возможность питания всех судовых потребителей от главных генераторов, т.е. от единой судовой электростанции переменного тока.

ГЭУ постоянного тока используются в установках малой и средней мощности с высокой маневренностью. Ограничение мощности этого типа ГЭУ определяется сложностью создания электрических машин большой мощности на постоянном токе по сравнению с машинами на переменном токе.

Такие установки отличаются простотой, удобством и плавностью регулирования частоты вращения гребных винтов в широком диапазоне их моментов и нагрузок.

ГЭУ переменного тока устанавливаются на судах с относительно редким изменением режима движения.

Для них характерно использование повышенных напряжений: при мощности ГЭУ до 10 МВт – 3000 В, при больших мощностях – до 6000 В. Номинальная частота тока обычно составляет 50 Гц.

В ГЭУ переменного тока при малых и средних мощностях (до 15 МВт) в качестве первичного двигателя обычно используются дизеля, а при больших мощностях – турбины.

Регулирование частоты вращения гребных электродвигателей в ГЭУ переменного тока с винтами фиксированного шага обеспечивается изменением частоты напряжения генераторов при изменении частоты вращения первичных двигателей, либо путём использования в качестве гребных электродвигателей асинхронных машин с фазным ротором. Частотное управление угловой скоростью гребных электродвигателей переменного тока оказывается энергетически выгодным, так как при этом достигается минимизация их электрических потерь. Изменение направления вращения гребных электродвигателей достигается переключением фаз в главной цепи, число которых, как правило, равно трём.

Способом регулирования режима работы ГЭУ переменного тока, позволяющим избежать трудностей регулирования частоты вращения двигателей переменного тока, является использование винтов регулируемого шага (ВРШ).

ГЭУ двойного рода тока называются установки, в которых в качестве источников электроэнергии используются синхронные генераторы переменного тока, а в качестве гребных электродвигателей – электродвигатели постоянного тока.

Разработка мощных выпрямителей позволила объединить высокие маневренные качества ГЭУ постоянного тока, с достоинствами ГЭУ переменного тока, заключающиеся в использовании высокооборотных первичных двигателей и малых массогабаритных показателях.

Применяются полупроводниковые выпрямители двух типов:

– неуправляемые, выходное напряжение которых не регулируется;

– управляемые – с регулируемым выходным напряжением;

ГЭУ двойного рода тока с выпрямителями обеспечивают:

– высокую маневренность за счёт широкого диапазона регулирования частоты гребного электродвигателя;

– возможность создания турбогенераторных агрегатов без редукторов и удобство их компоновки в машинном отделении;

– снижение шумности и вибрации элементов ГЭУ;

– повышение общего к.п.д. установки;

– наибольшую простоту исполнения и надёжность гребных электродвигателей.

Применение ВРШ для ГЭУ двойного рода тока вносит дополнительные преимущества:

– постоянство частоты вращения двигателей генераторов;

– постоянство частоты вращения гребного электродвигателя и гребного винта.

Постоянство частоты вращения первичных двигателей ГЭУ позволяет производить отбор мощности от шин системы электродвижения для общесудовых потребителей и более рационально использовать установленную мощность судовой электростанции.

ГЭУ двойного рода тока превосходят по своим характеристикам ГЭУ как постоянного, так и переменного тока.

Основная задача при эксплуатации ГЭУ – обеспечить её безотказную и безаварийную работу, постоянную готовность к действию.

Решение такой задачи достигается при выполнении следующих условий:

– обеспечение квалифицированного обслуживания;

– своевременно пополнение сменно-запасными частями и материалами;

– правильно определение сроков и объёмов профилактических и ремонтных работ, выполняемых судовым экипажем;

– проведение расширенных испытаний и организация наладки ГЭУ в соответствии с целевым назначением судна;

– постоянный контроль степени загрязнения изоляционных поверхностей в электрических машинах ГЭУ;

– проверка состояния кабелей и заделка их оконцеваний.

Таким образом, комплекс мероприятий технической эксплуатации охватывает обслуживание, уход и ремонт ГЭУ и её элементов.