Судовые автоматезированые электроэнергетические системы

1 2 3 4

ВЫПОЛНИЛ: курсант гр. _____

Шифр: ________

ФИО

Проверил: __________

Керчь 2020 г.

Исходные данные

Тип судна – Плавбаза.

Перечень электрифицированных механизмов

Наименование электрифицированного механизма или электроприемника	Количество приёмников n	Мощность P_n_,кВт
1. Рулевое устройство	2	17
2. Якорно-швартовые устройства:
а) брашпиль	1	55
б) шпиль якорно-швартовый	-	-
в) шпиль кормовой швартовый	1	24
г) шпиль бортовой-швартовый	-	1-
3. Краны грузовые	-	-
4. Лебедки
а) грузовые	1	32
б) траловые (кошельковые)	-	-
в) шлюпочные	2	5,5
г) комбинированные	-	-
5. Лифты
а) грузовые	-	-
б) камбузные	1	1,5
6. Механизмы, обеспечивающие работу главного двигателя
а) насосы забортной воды	2	31,5
б) насос пресной воды системы охлаждения цилиндров	2	45,5
в) насос пресной воды системы охлаждения поршней	-	-
г) насос пресной воды системы охлаждения форсунок	-	-
д) насос масляный	2	10,5
е) насос топливный	2	19
ж) компрессор пускового воздуха	2	50
з) сепараторы топлива	2	5,5
и) сепараторы масла	2	16,3
7. Механизмы вспомогательных котлов
а) насос питательной воды	2	29,5
б) насос топливный	2	0,94
в) насос циркуляционный	2	3
г) вентилятор котла	2	1
8. Испарительная установка:
а) насос конденсатный	2	17,6
б) насос ижекторный	-	-
в) насос вакуумный	2	6
9. Насосы пожарные:
а) насос основной	2	30
б) малый (аварийный)	1	17

Наименование электрифицированного механизма или электроприемника	Количество приёмников n	Мощность P_n_,кВт
10. Насосы балластно-осушительные:	1	14
11. Насосы бытовых систем:
а) насос санитарный пресной воды (гидроформ)	3	7,5
б) насос санитарный забортной воды	2	7,5
в) насос горячей воды	2	0,94
12. Насосы топливоперекачивающие:	-	-
13. Вентиляторы:
а) машинно-котельного отделения	2	132
б) общесудовые	2	50
14. Рефрижераторы провизионных камер
а) насос охлаждения провизионной установки	2	4,5
б) компрессор провизионной установки	3	10
15. Рефрижераторы трюмов:
а) компрессоры	5	190
б) насосы охлаждения	3	18
в) вентиляторы	2	211
16.Системы кондиционирования воздуха
а) компрессоры	2	190
б) насосы рассольные	3	18
в) насосы охлаждения	3	12,5
г) вентиляторы	2	41
17. Нагревательные устройства:	-	30
18. Камбуз (плиты, моторы):	-	237
19. Освещение:	-	100
20. Прожекторы:	-	29
21. Радиооборудование:	-	20
22. Электронавигационное оборудование	-	4,2
23. Валоповоротное устройство:	1	4,5
24. Электрифицированное оборудование мастерской:	-	102
25. Технологическое оборудование:
а) механизмы рыбомучной установки	-	232
б) механизмы морозильной установки	-	1845
в) механизмы рыбцеха	-	200
26. Подруливающее устройство:	-	150
27. Прочая электрическая нагрузка:
Вариант б)	-	200

Состав, мощность и режимы работы

судовых электроприемников

Разбиение электроприемников по назначению.

В исходных данных задания на проектирование все судовые электроприемники разбиты на определенные группы.

1) вспомогательные механизмы машинно-котельного отделения;

2) вспомогательные механизмы главного двигателя;

3) палубные механизмы;

4) устройства кондиционирования воздуха и вентиляции;

5) технологическое оборудование;

6) холодильные установки;

7) средства связи и навигационные приборы;

8) хозяйственные и бытовые установки;

9) системы освещения;

10) подруливающее устройство.

11) другое оборудование

Разбиение электроприемников на группы

по назначению и ответственности

В исходных данных задания на судовые приемники уже разбиты по назначению на следующие группы:

К первой группе относятся приемники электроэнергии, от которых зависит безопасность мореплавания и перерыв в питании которых может привести к аварии судна и гибели людей. к ним относятся:

- системы управления курсом судна;

- средства радиосвязи;

- навигационные приборы и устройства;

-аварийные пожарные и осушительные насосы;

-сигнально-отличительные огни;

-аварийное освещение;

-аварийная и другие виды сигнализации и др.

Ввиду большой ответственности приемников электроэнергии первой категории, питание их должно обеспечиваться от двух независимых источников.

К приемникам второй категории относятся механизмы, от которых зависит движение судна, управление им, работа главной энергетической установки и сохранность груза. К ним относятся:

• механизмы МКО — масляные, топливные и охлаждающие насосы, сепараторы топлива и масла, компрессоры пускового воздуха, и др.

• вспомогательные пожарные и водоотливные насосы;

• промысловое оборудование и технологические установки промысловых судов;

• различное специальное оборудование в соответствии с на значением судна.

Для них в СЭЭС также должно быть предусмотрено бесперебойное электроснабжение как в нормальных режимах судна, так и в аварийных (при работе основной электростанции). Перерыв в питании для этой категории приемников электроэнергии в соответствии с требованиями Регистра разрешается на время ввода в работу резервной линии питания или аварийного источника электроэнергии, но время ввода при этом не ограничивается.

К третьей категории относят группу малоответственных или неответственных судовых приемников электроэнергии:

• механизмы камбуза;

• система отопления и кондиционирования воздуха;

• бытовая и трюмовая вентиляция;

• мастерскую и др.

Для этой группы приемников электроэнергии возможен значительный перерыв питания при перегрузках генераторов СЭЭС, на время ликвидации аварий, ремонта оборудования и т.п. При недопустимых перегрузках в СЭЭС эти приемники электроэнергии могут быть просто выведены из работы и тем самым достигается снижение загрузки работающих ГА. Поэтому при разработке схемы ОГ и РЭ рекомендуется все приемники электроэнергии третьей категории или их часть выносить на одну или несколько отдельных секций сборных шин, которые подключаются к сборным шинам ГРЩ через контакторы или другие коммутационные аппараты

Разделение судовых электроприемников по степени важности учитывается позднее при разработке принципиальной схемы генерирования и распределения электроэнергии.

Выбор двигателей электроприводов.

Требования, предъявляемые к двигателям электроприводов различных механизмов, также различны. В рамки задания данного курсового проекта выбор двигателей электроприводов в полном объёме не входит, поэтому допускается его выполнение в упрощенном виде. В то же время, при выборе типа двигателя следует учитывать не только параметры и характеристики этих механизмов, но и режим их работы:

а) Рулевой электропривод

Электродвигатели рулевого привода должны быть реверсивными и регулируемыми желательно - с мягкой механической характеристикой. для электропривода руля более предпочтителен электродвигатель постоянного тока, часто применяется схема АД-ГПТ-ДПТ. В электрогидравлическом рулевом приводе возможно применение АД для привода маслонасосов.

В качестве рулевого электропривода выберем асинхронный двигатель АН 81-6.

б) Электропривод шпилей и брашпилей

Для шпилей и брашпилей будем производить из асинхронных двигателей серии МАП.

для брашпиля выбираем	AH 91-2
для шпиля кормового швартового выбираем	МАФ 83-82/8

в) Электропривод грузовых лебедок и кранов.

Функциям, возложенным на электропривод грузовых лебедок лучше всего удовлетворяют компаундные электродвигатели постоянного тока с мягкой механической характеристикой, получающие питание от двух судовых электромашинных или тиристорных преобразователей, подключенных к судовой сети.

На судах отечественной постройки часто применяются двух и трехскоростные АД с короткозамкнутым ротором.

г) Электроприводы насосов, вентиляторов, компрессоров и воздуходувок.

Электроприводы этой группы механизмов потребляют более половины всей электроэнергии, вырабатываемой судовой электростанцией.

В СЭЭС переменного тока для электроприводов этой группы механизмов широко применяются двух- и трехскоростные АД с короткозамкнутым ротором.

Для электроприводов мощных поршневых компрессоров и насосов с большим начальным статическим моментом иногда применяют АД с фазным ротором.

В качестве электроприводов для насосов, вентиляторов, компрессоров и воздуходувок выбираем асинхронные двигатели серии ДМ, АРМ и МАФ.

Выбор характерных режимов работы судна

В действительности мощность, потребляемая судовыми механизмами и устройствами, не является постоянной, а изменяется в зависимости от режима работы судна.

Правила Регистра предписывают, что при расчете мощности судовой электростанции для определения ее наибольшей и наименьшей загрузки, кроме режимов, предписываемых Регистром, в таблице нагрузок необходимо представить все режимы, рассматриваются также характерные режимы, охватывающие рейсовый (технологический) цикл работы именно данного типа судна.

Определение состава и мощности генераторов основного источника электрической энергии должно производиться с учетом следующих режимов работы судна.

Характерные режимы промысловых судов:

· стоянка в порту без охлаждения трюмов;

· стоянка в порту с охлаждением трюмов и кондиционированием;

· маневрирование (швартовка, съемка с якоря, прохождение узкостей и др.);

· ходовой режим;

· аварийный режим при работе аварийных генераторов.

При заполнении табличной модели необходимо ясно представлять, в каких режимах и с какой загрузкой работают различные судовые ПЭ. Очевидно, что не все эти приемники работают одновременно и одинаково длительно. В общем случае можно исходить из следующих положений:

v В ходовом режиме работает подавляющее количество ПЭ, за исключением аварийных, резервных, швартовных, погрузочных, спасательных и других специализированных средств. Работают механизмы, обеспечивающие главную энергетическую установку и движение судна, действуют средства судовождения и связи. При этом работают система кондиционирования и другие бытовые приборы и устройства, создается комфорт для экипажа.

v В режиме стоянки с охлаждением на судне находится большая часть экипажа, которую необходимо обеспечить нормальными условиями обитаемости. Так де требуется запитать мощные компрессорные установки для работы холодильной установки.

v В режиме стоянки судна без охлаждения находится небольшая часть экипажа, которая может заниматься профилактическим ремонтом и осмотром. При этом работает незначительное количество ПЭ, а именно: средства освещения и отопления, станочное оборудование, часть камбузного оборудования, средства связи, общесудовых систем. В этом режиме нагрузка электростанции, как правило, является наименьшей для обеспечения ПЭ в режиме стоянки без грузовых операций.

v В режиме маневров, съемки с якоря и швартовки работает главная судовая энергетическая установка, якоре подъемные и швартовные устройства, на судне находится весь экипаж, и судно полностью подготовлено к ходовому режиму. Этот режим, как правило, является кратковременным. В режиме маневров для обеспечения безопасности мореплавания обычно в работу вводится дополнительный генератор, создающий необходимый резерв мощности в СЭЭС.

v В аварийном режиме с работой аварийной электростанции можно отказаться от работы малоответственных приемников электроэнергии, но обязательно должны работать устройства, обеспечивающие управление судном и внутренняя связь, навигационное оборудование, радиостанции, а также пожарные и осушительные насосы и другие спасательные средства.

В данном задании при составлении табличной модели (Приложение 1) были использованы следующие режимы:

o Стоянка в порту без охлаждения;

o Стоянка в порту с охлаждением

o Маневрирование с работой холодильного и технологического оборудования;

o Аварийный режим при работе основного генератора.

o Ходовой режим с охлаждением;

Составление табличной модели СЭЭС для определения

требуемой мощности электростанции.

Таблицы нагрузок составляются для каждой группы источников и преобразователей электроэнергии (или для каждой генераторной секции ГРЩ), между которыми не предусмотрена параллельная работа.

В графе № 1 приведены наименования приёмников электроэнергии;

В графе №2 приведена степень ответственности приёмника электроэнергии

ОО – особо ответственный приёмник

ОП – ответственный приёмник

НО – неответственный (малоответственный) приёмник

В графах №3 и 4 приведено количество приёмников и их номинальная мощность на валу механизма соответственно;

В графе №5 приведена номинальная мощность на валу электродвигателя;

В графе №6 приведен тип электродвигателя;

В графах №7 и 8 приведены номинальные значения коэффициента мощности cosφ и коэффициента полезного действия η соответственно;

В графе №9 приводится значение коэффициента использования электродвигателя К₁, который определяется отношением:

Например, для рулевого устройства:

где — номинальная мощность механизма со стороны привода в соответствии с заданием, (графа № 4);

— номинальная установленная мощность электродвигателя (графа № 5);

В графах № 10 и 11 представлены значения суммарной установленной мощности. В графу 10 занесена активная мощность Р, а графу 11 – реактивная мощность Q_y.

Например, для рулевого устройства:

В графе №12 приведены режимы в которых работают все потребители электроэнергии на судне:

Ø НР – непрерывно работающие (длительно работающие) приёмники;

Ø ПР – периодически работающие приёмники;

Ø ЭР – эпизодически работающие приёмники;

Непрерывно работающие являются однократно подключаемые приемники, время работы которых соответствует продолжительности рассматриваемого эксплуатационного режима.

Периодически работающие являются многократно подключаемые приемники, суммарное время работы которых более 10, но менее 100% от продолжительности режима (в суточном режиме более 2,5, но менее 24 часов)

Эпизодически работающие являются однократно или многократно подключаемые приемники, суммарное время работы которых менее 10% от продолжительности режима (в суточном режиме 2,5 ч и меньше).

В графе № 14 приведены значения коэффициентов загрузки механизма К₂в маневровом режиме.

Рассмотрим более подробно порядок выбора всех перечисленных коэффициентов.

Коэффициент загрузки механизма определяется по следующей формуле:

где - фактическая мощность механизма в конкретном характерном режиме работы судна [кВт].

Значения и К₂ принимаются на основании анализа режимов работы соответствующих приемников электроэнергии. Так как информация о действительных значениях Р_фм в различных режимах работы судна может быть получена только на основании статистических данных то в проектной практике удобнее пользоваться значениями не , а коэффициента загрузки механизма К₂.

Например, для механизмов рулевого устройства коэффициент загрузки принимаем 0.9 для аварийного режима, маневрового и ходового режимов.

В графе № 15 приведены значения коэффициентов загрузки электродвигателя К_з.

Коэффициент загрузки электродвигателя К_з определяется следующим произведением:

Например, для рулевого устройства в аварийный режим при работе основных генераторов:

В графах № 16 и 17 представлены значения КПД h и коэффициент мощности Cosj приемников электроэнергии в данном режиме работы судна.

В графе № 17 приведены значения коэффициента одновременности К_о приемников электроэнергии. Коэффициент одновременности К_о определяется отношением количества работающих электродвигателей в данном режиме к числу установленных

В графах № 15 и 16 представлены значение потребляемой активной и реактивной - мощности приемников электроэнергии в данном режиме.

Для каждого режима судна определяется суммарное значение потребляемой активной и реактивной мощности сначала в отдельности для непрерывно, периодически и эпизодически работающих приемников:

Далее определяется суммарная активная и реактивная мощность, потребляемая всеми приемниками в данном режиме.

При определении требуемой мощности судовой электростанции нагрузка эпизодически работающих приемников обычно не учитывается. Ее значение необходимо учитывать только при проверке перегрузочной способности генератора.

Значение коэффициента одновременности для приемников электроэнергии, работающих в непрерывном режиме, очень колеблется и его рекомендуется принимать в пределах 0,6-0,9 в зависимости от режима работы судна. для второй группы приемников электроэнергии, то есть работающих периодически, коэффициент одновременности рекомендуется принимать в пределах 0,3-0,6.

Так в длительных режимах работы ЭС (ходовой, стояночный и др.) рекомендуются следующие значения этих коэффициентов: K₀₁ =0,8-0,9; К₀₂ =0,4-0,5.

Для маневренного, аварийного и других кратковременных режимов рекомендуются более низкие значения этих коэффициентов.

Определяется суммарная активная и реактивная мощность, потребляемая приемниками с учетом потерь электроэнергии в судовой электрической сети (5%) и значения заносятся в таблицу. Для маневрового режима:

P_ПРΣ = 1,05*P_ПΣ=1,05*1178,24=1237,2

Q_ПРΣ = 1,05*Q_ПΣ=1,05*1144,47=1201,2

Определяется полная суммарная мощность приемников в режиме.

– для маневрового режима.

Определяется средневзвешенный коэффициент мощности

- для маневрового режима.

Если значение Соsj_cp окажется равным 0,8 (номинальное значение коэффициента мощности большинства отечественных генераторов равно 0,8) или более его, то следующий далее выбор генераторов производится по активной мощности.

При значении Соsj_cp менее 0,8 выбор генераторов производится по полной мощности.

Дальнейшие расчеты производим аналогично, данные расчетов представлены в Табл.1 Выбор числа и единичной мощности генераторов

Минимальная загрузка судовой ЭС по активной мощности составляет кВт,

в стояночном режиме без грузовых операций. В ходовом режиме ∑P=1009,71кВт, Максимальная нагрузка на генераторы при маневровом режиме с охлаждением ∑P=3828,20кВт и с учетом рекомендаций изложенных выше выбираем генератор серии СБГ 1250-750, который имеет следующие параметры: