Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Сопротивление воды и воздуха движению судна

Стр 1 из 15Следующая ⇒

Автоматизированные гребные

Электрические установки

Конспект лекций

для студентов специальности 7.07010404

«Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики»

дневной и заочной форм обучения

Керчь, 2011г.

УДК 681.5

Автор: Титов В.В., к.т.н., доцент кафедры ЭСиАП КГМТУ.

Рецензент: Дворак Н.М., к.т.н., доцент кафедры КГМТУ.

Конспект лекций рассмотрен и одобрен на заседании

кафедры ЭСиАП КГМТУ, протокол № 2 от 18.10.2011 г.

Конспект лекций утвержден и рекомендован к публикации

на заседании методической комиссии МФ КГМТУ,

протокол № 2 от 1.12.2011 г.

Ó Керченский государственный морской

технологический университет, 2011 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
1 Гребные электрические установки (ГЭУ)
1.1 Назначение и типы ГЭУ
1.2 Сопротивление воды и воздуха движению судна
1.3 Судовые движители
1.4 Рабочие характеристики винта
1.5 Реверсивная характеристика винта
2. Выбор основных параметров ГЭУ. Выбор типа ГЭУ
2.1 Выбор рода тока, напряжения, частоты
3 Выбор числа и мощности гребных электродвигателей
3.1 Порядок расчета мощности на валу гребного электродвигателя
4 Выбор главных генераторов
4.1 Требования к качеству электроэнергии в ГЭУ
4.2 Пример расчета мощности ГЭД и главных генераторов
5 Гребные электродвигатели, генераторы и вентильные преобразователи тока и частоты
5.1 Общие положения
5.2 Возбудители генераторов и ГЭД
5.3 ГЭУ постоянного тока
5.3.1 Структура ГЭУ и схемы главного тока
5.3.2 Режимы экономичного хода и аварийные
5.3.3 Система возбуждения ГЭУ
5.3.3.1 Схема генератор-двигатель (Г-Д) с трёхобмоточным возбудителем
5.3.3.2 Система Г-Д с автоматическим регулированием мощности
5.3.3.3 Регулирование мощности изменением магнитного потока ГЭД
5.3.3.4 Защита ГЭУ постоянного тока
5.3.3.5 Регулирование мощности изменением магнитного потока ГЭД
5.3.4Защита ГЭУ постоянного тока
5.3.4.1 Защита главных дизелей от непроизвольного реверса
5.3.4.2 Пуск и реверсирование ГЭД
5.4 ГЭУ переменного тока
5.4.1 Особенности работы и схемы главного тока ГЭУ
5.4.2 ДЭГУ
5.4.3 Параллельная работа синхронных генераторов
5.4.3.1 Самосинхронизация
5.4.3.2 Распределение нагрузки
5.4.4 Типы гребных двигателей
5.4.5 Асинхронные синхронизируемые машины
5.4.6 Асинхронно-вентильный каскад (АВК)
5.4.7 Электромеханический каскад
5.4.8 Электрические машины с водяным охлаждением
6 Новые источники электроэнергии
6.1 Магнитогидродинамические генераторы
6.2 Электрохимические генераторы (ЭХГ)
6.3 Термоэлектрические генераторы (ТЭГ)
7 Режимы работы ГЭУ переменного тока. Работа одновальной ТЭГУ
7.1 Режимы экономичного хода и аварийные режимы
8 Защита ГЭУ переменного тока
8.1 Максимальная защита
8.2Продольная дифференциальная защита
8.3 Защита обмотки возбуждения от замыкания на корпус
8.4 Защита гребных электродвигателей
9 Пуск и реверсирование ГЭД в ГЭУ переменного тока
9.1 Пуск ГЭД
9.2 Реверсирование ГЭД
10 ГЭУ двойного рода тока
11 Единая судовая электростанция с ГЭУ постоянного тока на управляемых вентилях
12 ГЭУ с ГЭД переменного тока со статическими преобразователями частоты
12.1 Двухзвенный полупроводниковый преобразователь частоты
12.2 Непосредственный полупроводниковый преобразователь частоты
12.3 ЕСЭ с повышенным переменным напряжением 800В и ГЭД постоянного тока
12.4 Снижение высших гармоник в судовой сети при применении управляемых выпрямителей и преобразователей частоты
13 Судовые схемы ГЭУ переменного тока с ЕСЭ
14 ГЭУ современных судов и их системы управления
14.1 ГЭУ парома-ледокола типа «А. Коробицын»
14.2 ГЭУ морских паромов типа «Сахалин»
14.3 ГЭУ линейных ледоколов типа «Ермак»
14.4 ГЭУ океанографического судна «Аранда»
14.5 Сравнительный анализ схем управления ГЭУ
14.6 ГЭУ промысловых судов
14.6.1 ГЭУ судов типа «Зверобой»
14.6.2 ГЭУ траулера проекта В 422
14.6.3 ГЭУ траулера "Arctic Trawler"
15 Вопросы эксплуатации ГЭУ
16 Электробезопасность и пожаробезопасность ГЭУ
17 Оптимизация эксплуатационных режимов ГЭУ
17.1 ГЭУ как система подчиненного управления
17.2 Способ подчиненного управления со связью регулятора по нагрузке
17.3 Оптимизация параметров синхронизируемых регуляторов
18 АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ГЭУ
18.1 Способ и средства управления
Список использованной литературы

Введение

Первая гребная электрическая установка появилась в России в 1838 году. Это был катер с гребными колесами, курсирующий по Неве. Изобретателем был российский ученый, академик Б.С. Якоби, применивший для вращения гребных колес двигатель постоянного тока.

В 70-80-х годах 19-го века первые электроходы появились в Европе. В России в начале 20-го века первыми дизель-электроходами были «Вандал» и «Сармат».

В СССР строительство судов-электроходов началось в 30-е годы. Большое их количество построено в связи с освоением Северного морского пути и развитием рыболовного флота.

Электроходы могут удовлетворять самым различным условиям и требованиям со стороны эксплуатации, конструкции судна и технических характеристик, и для некоторых типов судов являются незаменимыми гребными электрическими установками оснащаются ледоколы, паромы, рыболовные суда, суда-спасатели, буксиры и др.

Перспективными направлениями развития систем электродвижения является внедрение установок на переменном токе с полупроводниковыми преобразователями частоты и ГЭД с векторным управлением, а также использование главных машин со сверхпроводящими обмотками, позволяющих снизить массогабаритные характеристики и применить лучшую компоновку электрооборудования в машинном отделении судна.

Тематический план дисциплины

и распределение учебного времени по темам занятий

Тема	Количество часов
1. Гидродинамические и электротехнические характеристики ГЭУ.
2. Оборудование и структура ГЭУ постоянного тока.
3. Схемы ГЭУ постоянного тока.
4. Структура ГЭУ переменного тока.
5. Специальные схемы и оборудование ГЭУ переменного тока.
6. Работа ТЭГУ и ДЭГУ переменного тока.
7. Единая судовая электростанция, ТБ и эксплуатация ГЭУ.
8. Судовые схемы ГЭУ.
9. ГЭУ промысловых судов.

Гребные электрические установки (ГЭУ)

Назначение и типы ГЭУ

Под электродвижением судов следует понимать их движение с использованием электрической энергии гребными электрическими установками.

В состав ГЭУ входят:

а) первичный двигатель (дизель или турбина);

б) главные генераторы, питающие электроэнергией гребной двигатель;

в) гребной двигатель, соединённый с движителем;

г) движитель (винт), сообщающий движение судну.

По роду тока ГЭУ подразделяются на установки постоянного и переменного ток. ГЭУ постоянного тока применяются на судах, где требуется высокая маневренность и частое реверсирование гребного двигателя (ледоколы, паромы, китобойные суда и др.). ГЭУ переменного тока применяют на судах, для которых наибольшее значение имеет экономичность установки.

По типу первичного двигателя ГЭУ подразделяются на дизель электрические (ДЭГУ) и турбоэлектрические (ТЭГУ). На рыбопромысловых судах, как правило, применяют ДЭГУ.

Мощность дизеля и его скорость регулируют, изменяя количество подаваемого в цилиндр топлива. Зависимость и от при предельной подаче топлива называют внешними характеристиками (рисунок 1.1). Аналогично зависимости, полученные при меньшей подаче топлива, называют частичными характеристиками. Как на внешних, так и на частичных характеристиках момент почти не изменяется при изменении скорости дизеля.

Допустимые перегрузки для дизеля 10-15% .Номинальную скорость дизель развивает при предельной подаче топлива. При срабатывает предельный регулятор, прекращающий подачу топлива топливным насосом. Крупные дизели, кроме того, имеют всережимный регулятор, который может быть установлен на любое значение скорости.

ТЭГУ обычно работают на переменном токе, где используется свойство турбин изменять скорость в широких пределах путём простого изменения количества пара. Они допускают перегрузку .

В настоящее время начинают применять и газотурбинные установки.

По назначению ГЭУ делятся на главные (или автономные), вспомогательные и комбинированные.

В главных ГЭУ винт приводится во вращение только от гребного электродвигателя, питающегося от своих главных генераторов.

Во вспомогательных ГЭУ главные генераторы питают в процессе работы производственные механизмы, а во время перехода – гребные электродвигатели.

В комбинированных ГЭУ винт приводится во вращение как главным двигателем так и электродвигателем, потребляющим свободную мощность вспомогательных генераторов. Дополнительный гребной двигатель в этом случае используется либо в помощь основному, либо для самостоятельной работы на гребной винт на малых ходах судна, либо как генератор отбора мощности.

К преимуществам ГЭУ относится:

а) свобода выбора на судне места;

б) возможность использования быстроходных, нереверсивных, малогабаритных дизелей;

в) хорошие маневренные качества;

г) возможность работы с неполным числом первичных агрегатов;

д) высокая живучесть;

е) возможность работы в тяжелых условиях плавания, обеспечиваемая большой перегрузочной способностью электрических машин;

ж) возможность использования главных генераторов для питания других потребителей;

Недостатками ГЭУ по сравнению с дизельными и турбинными установками являются:

а) низкий КПД из-за двойного превращения энергии;

б) высокий удельный вес и стоимость;

в) увеличенный персонал.

Сопротивление воды и воздуха движению судна

На судно неподвижно стоящее в воде, действуют силы давления, равнодействующая которых равна силе тяжести судна и направленная противоположно ей (рисунок 1.2). При движении судна равнодействующая сил давления Р отклоняется от вертикального положения, а точка её приложения смещается по ДП в нос.

Рисунок 1.2 - Схема сил, действующих на судно.

Равновесие системы не нарушится, если к центру тяжести судна О приложить две противоположно направленные силы Р₁ и Р₂ равные по величине и параллельные Р. Полученная пара сил Р и Р₁ создаст момент, вызывающий дефект на корму.

Разложенная по взаимно перпендикулярным осям сила Р₂ образует составляющие Q и R.

Q -называют гидродинамической силой поддержания.

R -сопротивление воды; направлена противоположно движению судна.

Сопротивление воды R преодолевается силой упора движетеля, что вызывает давление R . Силы вязкости воды на границе с корпусом создают касательные силы R .

Тогда

. (1.1)

, (1.2)

где - коэф. сопротивления терния гладкой пластины = 0, 0315Rе ,

Rе - число Рейнольдса ,

-скорость судна, м/с,

L- длина судна по ГВЛ, м,

-кинетическая вязкость воды при t =4 ,

-коэф.кривизны корпуса, при L/В =6 =1,04, при L/В =12 =1,01,

у сварных судов коэффициент шероховатости корпуса судна,

-плотность морской воды.

S-смоченная поверхность судна,

, (1.3)

где L,В,Т - длина между перпендикулярами, ширина и осадка судна, м.

-коэф. полноты.

V - водоизмещение, м.

-определяют методом механического подобия Фруда (моделирование) или по методу Кабачинского.

, (1.4)

где с = (2-4) и определяется по графикам Кабачинского.

Мощность необходимая для преодоления сопротивления R и сообщения судна скорости называется буксировочной. ; кроме того, необходимо учитывать сопротивление воздуха движению судна:

, (1.5)

где -для воздуха;

;

S-парусная поверхность судна, .

где в, h -ширина и высота надстроек, м.

Судовые движители

В большинстве случаев это гребные винты. Размер гребного винта характеризуется его диаметром «Д», т.е. диаметр окружности описываемой наиболее удаленной точкой лопасти.

Площадь круга радиусом R, образованного винтом при его вращении называется площадью диска винта. Геометрической характеристикой его является дисковое отношение

где А - площадь всех лопастей; .

Если винтовую линию, соответствующую одному обороту радиуса «r» развернуть в прямую, то получим шаговый треугольник с катетом в основании, равным и вторым катетом, равным геометрическому шагу «Н».

При вращении винта в твердой среде элемент лопасти АВ за один оборот переместился бы в осевом направлении на величину шага винта в положении и осевая скорость была бы равна . В воде, допускающей перемещение его частиц винт пройдет путь меньший - , называемый поступью винта. Тогда осевая скорость , или