Определение мощности судовой электростанции

Мощность судовой электростанции напрямую зависит от водоизмещения судно, мощности его главной энергетической установки, назначения судна и района плавания.

Существует несколько методов расчета электрических нагрузок генераторов судовых электростанций, а именно:

-аналитический метод постоянных нагрузок;

-аналитический метод переменных нагрузок;

-метод корреляционных зависимостей.

Аналитические методы постоянных и переменных нагрузок, а также метод статистического моделирования, основаны на составлении табличных моделей, отражающих в табличной форме изменение нагрузок отдельных приемников электроэнергии, подключаемых к судовой электроэнергетической системе в различных режимах эксплуатации судов и плавсредств.

В число эксплуатационных режимов табличной модели электрических нагрузок должны входить стояночные, ходовые, аварийные и др. режимы работы характерные для судна заданного типа. При этом стояночные режимы могут быть подразделены, например на режимы: “Стоянка без погрузки”, “Стоянка с погрузкой”, “Стоянка без работы технологического оборудования”, “Стоянка с работой технологического оборудования”. Ходовые режимы могут быть подразделены на режимы: “Ход без груза”, “Ход в чистой воде”, “Ход с грузом”, “Ход во льдах”. Аварийные режимы могут быть подразделены на: “Аварийный режим обеспечиваемый основной электростанцией”, “Аварийный режим обеспечиваемый аварийной электростанцией”.

Для расчета аналитическими методами в качестве исходных данных используется полная таблица нагрузок с основными техническими характеристиками приемников, метод достаточно трудоемкий, но дает наиболее точные результаты.

В качестве метода приближенной оценки наиболее целесообразен метод корреляционных зависимостей.

В инженерной практике до настоящего времени широко применяют:

- метод корреляционных зависимостей с использованием данных отраслевого стандарта;

- табличный (детерминированный) метод расчета нагрузки, при котором нагрузка СЭС определяется отдельно в каждом характерном режиме работы судна.

4.2.1. Метод корреляционных зависимостей

Корреляционные зависимости – зависимость мощности судовых гене

раторов Р_Г, кВт от водоизмещения В тыс. т. судна или мощности N, тыс. л.с.

главной силовой установки. Для судна данного типа по данным ОСТа выби

рают одну из корреляционных зависимостей. По заданным водоизмещению

В или мощности главного двигателя N определяют значение суммарной

мощности генераторов судовой электростанции Р_Г . С учетом эмпирических

коэффициентов
рассчитывается мощность электростанции необходимая для

обеспечения основных эксплуатационных режимов работы судна.

Рисунок 4.1. Корреляционные зависимости для морских

4.1- Загрузка электростанции по эксплуатационным режимам судна

Режимы работы	Стоянка без погрузки	Стоянка с погрузкой	Маневры	Ходовой режим	Аварийный режим
Расчетная формула	Р = 0,3·Рг	Р = 0,5·Рг	Р = 0,5·Рг	Р = 0,5·Рг	Р = 0,4·Рг
Расчетная мощность

На основании рассчитанной мощности ориентировочно выбирают комплектацию основной электростанции.

4.2.2. Табличный метод определения мощности СЭС

Этот метод предусматривает составление таблицы нагрузок СЭС, в которой расчитывается мощность потребляемая в основных режимах работы судна .

Колонки таблиц заполняются так:

- номера приёмников электроэнергии по порядку;

- наименование приёмников электроэнергии, которые скомплектованы по назначению;

- общее количество однотипных приёмников электроэнергии n, шт.;

- установленная мощность одного механизма Р , кВт; - номинальная мощность одного электродвигателя Р , кВт;

- номинальный коэффициент мощности электродвигателя cos φ ;

- номинальный коэффициент полезного действия электродвигателя η , %.

Суммарную мощность, потребляемую всеми электродвигателями приемника данного типа из сети рассчитывают по формуле

= ( Р / η ) n

где: Р - номинальная мощность двигателя, кВт;

η - номинальный КПД двигателя , выраженный в относительных единицах ; n - общее количество однотипных приёмников электроэнергии, шт .

Далее таблица нагрузок развёртывается по эксплуатационным режимам работы судна: ходовой, манёвров ( съёмка с якоря ), аварийный, стоянка с грузовыми операциями.

В каждом режиме приёмники электроэнергии работают в одном из 3-х режимов: эпизодический, периодический; непрерывный.

В эпизодическом режиме общее время работы - менее 3,5 часов в сутки ( 15% времени суток ). К таким приемникам относятся: брашпиль, шпиль, подкачивающий компрессор, компрессор хозяйственных нужд, валоповоротное устройство, пожарные насосы главные и вспомогательные в режиме маневров, электродвигатели камбуза, электропечь хлебопекарная и др.

В периодическом режиме ( ПР ) приёмники включаются многокрано, общее времяработы – от 3,5 до 17 часов в сутки ( 15 - 70% ). К таким приемникам относятся: главный компрессор в режиме маневров и аварийном, топливоперекачивающие насосы, сепараторы топлива и масла, пожарные насосы главные и вспомогательные в ходовом и аварийном режимах, насосы санитарной и пресной воды, питательные насосы котлов, балластные и осушительные насосы, компрессор системы кондиционирования, рефрижераторная установка, камбузные плиты, радиооборудование, электродвигатели мастерской и др.

В непрерывном ( НР ) режиме приёмники включаются одно- или мнгократно, общее время работы – от 17 до 24 часов в сутки ( 70 - 100% ). К таким приемникам относятся: рулевое устройство, грузовые лебедки и краны, вентиляторы трюмов, топливные и масляные главного и вспомогательных двигателей, циркуляционные насосы котлов, вентиляторы машинного и котельного отделений, насосы и вентиляторы системы кондициониро-

вания, освещение ( лампы накаливания и люминисцентные ), другое моторное оборудование.

Таблица 4.2. Таблица нагрузок судовой электростанции ( исходные данные)

	Наименование приемников электроэнергии	Исходные данны
n, ш	Р , кВт	Р , квт	cos φ	η , %
…
A	Cуммарная активная Р = и реактивная Q =
B	То же, с учетом коэффициента одновременности режима Р = k Р и Q = k Q
C	То же, с учетом потерь в линии: активная Р = k Р , реактивная Q = Q и полная S = мощности
D	Средневзвешенный коэффициент мощности режима cos = Р / S

Продолжение таблицы 4.2. ( правая часть )

Ходовой режим

Режим маневров и др.

Режим работы

m

k

k

η

cosφ

Общая потребляемая мощность

Режим работы

m

k

k

Р, кВт

Q, кВАр

20...

…

…

A

Р

Q

B

P

Q

C

Р

Q

S

D

cosφ

Условное обозначение режима работы приёмника – «ЭР» - эпизодический, «ПР» - периодический, «НР» - непрерывный.

Число m однотипных приемников, работающих в данном режиме зависит от степени ответственности приемника и режима работы судна.

На судах особо ответственные и ответственные судовые механизмы и устройства резервируются.

Например, на каждом судне установлено 2 рулевых электропривода, в ходовом режиме работает один из них ( m = 1 ), в то же время в режиме маневров, особенно когда судно проходит узкости, работают оба электропривода ( m = 2 ).

Резервируются насосы главного двигателя – по два топливных, масляных, пресной и забортной воды, поэтому в режимах ходовом, маневров, аварийном работает по одному из них ( m = 1 ).

При стоянке с грузовыми операциями следует считать, что все грузовые устройства ( лебедки и краны ) работают одновременно, и т.п.

В режимах ходовом, маневров и аварийном, когда работает главный двигатель, включена большая часть вентиляторов МО, в то же время на стоянке часть из них может быть отключена и т.д.

Коэффициента одновременности работы однотипных приемников определяется

k = m / n

где: m - число однотипных приемников, работающих в данном режиме , n - общее количество однотипных приёмников электроэнергии .

Значение коэффициент одновременности, в основном, зависит степени ответственности приемника и режима работы судна

Для единичного потребителя всегда k = 1 / 1 = 1.

Коэффициент загрузки к электродвигателя в каждом режиме в общем виде находят по формуле

к = k k

где: k = Р / Р - коэффициент использования двигателя ,

k = Р / Р - коэффициент загрузки механизма в данном режиме;

Р - фактически потребляемая мощность механизма; Р - установленная мощность механизма .

Значение коэффициента загрузки механизма k зависит от режима работы судна.

Поскольку на стадии проектирования СЭЭС фактическую загрузку механизма определить невозможно, значение k выбирают из таблицы, в которой приведены обобщенные значения коэффициентов загрузки разных механизмов. Эти значения получены в результате эксплуатации большого числа серий судов разных типов ( сухогрузные, для перевозки наливных грузов, универсальные и др. ).

Коэффициенты полезного действия и коэффициенты мощности электродвигателя в каждом режиме зависят от коэффициента загрузки к .

Суммарная потребляемая однотипными приёмниками активная мощность в каждом режиме Р = k * к *

Суммарная потребляемая однотипными приёмниками реактивная мощность

Q = Р*tg φ = Р* tg φ ,

После заполнения всех колонок и строчек находят итоговые значения

суммарное значение активной Р = ( Р_п.р + Р ) и реактивной

Q = ( Q _п.р + Q ) мощностей для периодически и непрерывно работающих приёмников; те же значения мощностей Р и S , с учётом коэффициента одновременности работы приёмников в каждом режиме

Р = к_0.р ( Р_п.р + Р ) и Q = к_0.р ( Q _п.р + Q ).

где коэффициент одновременности режима к_0.р характеризует вероятность одновременной работы всех приемников в данном режиме

Мощности с учётом потерь в сети Р

Р = к * Р

Где к - коэффициент потерь в сети, значение которого зависит от водоизмещения судна: для малых судов ( водоизмещением до D = 2000 р.т )

к = 1,02, для средних ( D = 2000…10000 р.т) к = 1,03, для крупных

( D>10000 р.т) к = 1,04.

Полная ( кажущаяся ) мощность ( кВ*А )

S =

Средневзвешенный коэффициент мощности каждого режима

cos φ = Р / S

Значение cos φ влияет на порядок выбора генераторов по мощности, а именно:

- если cos φ ≥ cos φ выбираемого генератора, то генератор выбирают по активной мощности;

- если cos φ < cos φ выбираемого генератора, то генератор выбирают по полной мощности.