Гребная электрическая установка пассажирского теплохода

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ  АГЕНТСТВО  ПО РЫБОЛОВСТВУ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Астраханский государственный технический университет»

Кафедра электрооборудования и автоматики судов

 

 

Курсовой проект выполнен

в соответствии с заданием и

допущен к защите

Руководитель проекта

_____________________

 

 

 

 

 

 

 

       

 

 

 

  ГРЕБНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

ПАССАЖИРСКОГО ТЕПЛОХОДА

 

КП.180404.65. ГЭУ.41.14.2015.ПЗ

 

 

Студент группы ДТЭ-41

            Нгуен Д.Х

 

Проект защищен

«     » _____2015 г.

с оценкой_____________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Астрахань 2015

Содержание

1. Цель и задачи проекта
2. Данные ванианта
3. Расчёт мощности и выбор гребного электродвигателя
4. Расчёт и выбор силового преобразователя ГЭД
5. Расчёт мощности и вы бор генераторов
6. Разработка схемы главного тока и выбор контрольно – измерительных приборов
7. Расчёт статических режимов
8. Расчёт динамических характеристик ГЭУ
9. Список литератур

 

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТА

 

Целью   курсового проекта является закрепление и углубление знаний полученных студентами специальности 180407.65  «Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики» в процессе изучения дисциплины  "Гребные электрические установки". А также, приобретение ими практических навыков в работе с нормативными документами, учебной литературой, справочниками, электронными источниками информации при расчете статических и динамических режимов гребной электрической установки (ГЭУ) и для рационального выбора источников электроэнергии, гребных электрических двигателей, преобразователей  электрической энергии, коммутационно-защитных  аппаратов и устройств автоматизации.

Задачи данного курсового проекта - на основании известных конструкционных и технических параметров судна спроектировать и рассчитать гребную электрическую установку. При этом необходимо произвести расчет желаемых механических  характеристик гребного электродвигателя, внешних характеристик преобразователей (генераторов) и тиристорного возбудителя, а также изменение параметров ГЭУ в частичных режимах работы и при разгоне гребного двигателя.

 

2. Данные варианта

 

№ строки	Параметр	Обозначение	Величина	Един. измер.
1	Назначение судна (тип)			Пасс. т/х
2	Длина судна	L	121	м
3	Ширина судна	B	14	м
4	Осадка судна	H	2,4	м
5	Число винтов	z	3	шт
6	Номинальная скорость вращения винта		360	об/мин
7	Номинальная скорость судна		15	узел
8	Полная грузоподъемность	D	2850	тонна
9	Средняя плотность перевозимого груза		0,74	т/м3
10	Вариант комплектации АГЭУ		ЕЭС-ПЧ-ДГА
11	Суммарная мощность судовых потребителей электроэнергии		380	кВт
12	Тяга воза (трала)		-	кН
13	Скорость судна с возом (тралом)		-	узел

 

 

 

3. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ГРЕБНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Определение требуемой буксировочная мощность NR для движения судна с заданной скоростью:

 

 где    V – объемное водоизмещение, м3 ;

c – эмпирический расчетный коэффициент, определяемый по диаграмме;

х – множитель, зависящий от числа валов (для трехвальных судов х =1,075)

- скорость  судна в узлах.

λ – поправочный коэффициент на длину судна (при длине судна L<100 м     λ=0,7+0,3(L/100)0,5 , при L >100 м  λ = 1 );

 

Ψ – характеристика остроты судна, которая  определяется по формуле [2]

где δн – коэффициент общей полноты судна, который определяется по формуле.

 

Объемное водоизмещение судна V найдем через полную грузоподъемность и среднюю плотность перевозимых грузов:

, м3

Чтобы воспользоваться диаграммой эмпирических расчетных коэффициентов для нахождения коэффициента  c, определим параметр ν:

По приложение В эмпирический расчетный коэффициент

Мощность ГЭД определяем по формуле

 

,кВт.

где z – число гребных валов;

ηПР – пропульсивный КПД винта, ηПР = 0,5…0,7;

ηВП – КПД валопровода, ηВП = 0,95…0,98.

Выбираем асинхронный двигатель типа ВАН 16-41-16, технические данные которого приведены в таблице

 

Параметр	Ед.изм	Величина
Номинальная мощность, PГД	кВт	800
Номинальная скорость вращения, nГД	об/мин	370
Номинальное напряжение статора, UГД	В	6000
Номинальный ток статора, IГД	А	110
Номинальная частота, fГД	Гц	50
Кратность пускового момента, КМ	о.е.	0,8
Кратность пускового тока, КП	о.е.	4,3
Момент инерции, JГД	кг·м2	900

 

Выбранные гребные двигатели должны иметь независимое воздушное охлаждение (вентиляцию). Требуемая мощность на вентиляцию гребного двигателя определяется по справочнику для серийных машин или по формуле

 

 

4. РАСЧЕТ И ВЫБОР СИЛОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ГЭД

 

Для системы ЕЭС-ПЧ-ДГА определяется количество преобразователей частоты, которые могут обеспечить требуемое напряжение и ток гребного асинхронного двигателя. Обычно число преобразователей частоты равно числу гребных асинхронных двигателей. Все  преобразователи частоты могут получать питание с одной секции шин ГРЩ или с разных секций.

Преобразователи частоты выбираются из каталогов по номинальному напряжению (UДГА. НОМ) и максимальному току гребного асинхронного двигателя (IДГА. МАКС) и по напряжению шин ГРЩ.

Напряжение преобразователя частоты UПЧ ≥ UДГА.НОМ ,

Ток преобразователя частоты IПЧ ≥ IДГА. МАКС = IДГА. НОМ · КПТ,

Где  КПТ  - кратность пускового тока двигателя.

Мы выбираем высоковольтный преобразователь частоты серии ATV1200A11906060 фирмы Schneider Electric, параметры которого указаны в таблице

 

Напряжение сети	220В
Номинальное выходное напряжение	6000В
Линейный ток	135А
Полная мощность	1190 Вт
Частота сети питания	50/60 Гц
Выходные частоты	0,5…70 Гц (векторное управление с  обратной связью по скорости)   0,5…120 Гц (скалярное управление (V/f))

 

 

 

 

5. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ГЕНЕРАТОРОВ

 

При выборе серийных синхронных генераторов надо исходить из величины требуемой мощности генератора (PСГ.Т), которую можно определить по формуле

 кВТ

Где ΣPГД – суммарная мощность гребных двигателей в номинальном режиме;

PСП – суммарная мощность судовых потребителей;

m – количество синхронных генераторов, (m=3).

Выбираем синхроный генератор серии МКС 500-1000, данные которого указаны в таблице

 

Параметр	Ед.изм	Величина
Мощность, PСГ	кВт	500
Напряжение статорной обмотки, UСГ	В	6000
КПД	%	90,2
Частота вращения	Об/мин	1000

 

Так, 2 генератора питают одному двигателе

 

6. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ГЛАВНОГО ТОКА И ВЫБОР

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Питание электрической энергией судовых потребителей и гребного электродвигателя Д1, Д2, Д3 осуществляется от ГРЩ судовой электростанции, к которой подключены 6 дизель – генератора Г1- Г6. Включение генераторов и защита от коротких замыканий осуществляется с помощью автоматических выключателей QF1 – Qf6. Статоры двигателей питаются преобразователями чатоты ПЧ1 – ПЧ2 . Подключение преобразователей чатоты к ГРЩ и защита от токов короткого замыкания осуществляется с помощью автоматических выключателей QF7, QF9, QF11.

7. РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЭУ

1. Расчёт статических режимов

В номинальном режиме справедливо следующее выражение:

, или    =0,579 о.е.

Где

 

Где

 

Возможны следующие частичные режимы работы ГЭУ

1-ый режим: Г1+Г2+Г3+Г4+Г5+Г6+Д1+Д2+Д3+

2-ой режим: Г1+Г2+Г3+Г4+Г5+Д1+Д2+Д3+

3-ий режим: Г1+Г2+Г3+Г4 +Д1+Д2+Д3+

4-ый режим: Г1+Г2+Г3 +Д1+Д2+Д3+

5-ый режим: Г1+Г2 +Д1+Д2+Д3+

Расчёт параметров двигателя будет производить по следующим формулам

 

Ток двигателя в режиме равен

 

 

Результаты расчетов сведем в таблицу

 

Режим работы
1	1	1	1	1
2	0,81	0,81	0,87	0,93
3	0,614	0,62	0,722	0,85
4	0,421	0,431	0,561	0,75
5	0,228	0,241	0,373	0,61

 

Параметры двигателя в частичных режимов в абсолютных единицах приведены в таблицу

Режим работы	(кВт)	(А)	(кН.м)	(об/мин)
1	800	110	20,6	370
2	648	89,1	17,9	344,1
3	491,2	68,2	14,87	314,5
4	336,8	47,4	11,56	277,5
5	182,4	26,5	7,68	225,7

 

2. Расчёт статических характкристик

Построение желаемой механической характеристики ГЭД.

Расчет желаемой механической характеристики гребного двигателя начинают с построения характеристик винта. Момент сопротивления вращению винта зависит от скорости движения судна.

Для транспортных судов строят две характеристики винта: швартовую и ход в свободной воде.

Желаемая механическая характеристика ГЭД имеет три участка:

- гиперболический  участок, обеспечивающий постоянство  мощности ГЭД и всей ГЭУ  при изменении условий плавания  от хода в свободной воде  до швартовного;

- участок  ограничения момента стоянки  ГЭД при заклинивании винта,   исключающий поломку винта при  заклинивании; этот участок прямолинейный;

-участок  ограничения скорости холостого  хода, исключающий разнос ГЭД  при оголении винта; этот участок  также прямолинейный.

Так как в проектируемой ГЭУ возможны два режима, то и ГЭД будет иметь две желаемые механические характеристики.

Уравнение гиперболического участка механической характеристики:

const.

Откуда /n.

Результаты расчета сводим в  таблицы

1-ый режим

 

 

M (кН.м)	25,4	21,8	20,6	19,1
n(об/мин)	300	350	370	400

 

 

2-ой режим

 

 

M (кН.м)	22,1	20,51	17,9	17,7
n(об/мин)	280	302	346	350

 

3-ий режим

 

 

M (кН.м)	17,8	17	14,85	13,36
n(об/мин)	250	275	315	350

 

4-ый режим

 

 

M (кН.м)	16,04	13,26	11,54	10,7
n(об/мин)	200	242	278	300

 

5-ый режим

 

 

M (кН.м)	11,56	8,8	7,67	6,93
n(об/мин)	150	179	226	250

 

Точки пересечения (A1-А2, В1-B2, С1-С2,...) гиперболических участков с швартовной характкристикой и характеристикой в свободной воде определяют режим работы ГЭД для расчитанных режимов работы ГЭУ

Момент стоянки ГЭД для этих режимов работы принимаем равным:

1-ый режим

 

2-ой режим

 

3-ий режим

 

4-ый режим

 

5-ый режим

 

 

Скорость холостого хода для желаемых механических характеристик принимаем равным

1-ый режим

 

2-ой режим

 

 

3-ий режим

 

4-ой режим

 

5-ой режим

 

 

 

Рис. 2. Желаемые характеристики ГЭУ

 

8. РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЭУ

1. Расчёт и построение механической исполнительного электродвигателя

Номинальное и критическое скольжение:

 

 

где: n1 — синхронная скорость вращения поля статора;

n2 — скорость (номинальная) вращения ротора;

 kmax — кратность максимального момента.

 Номинальный момент

Где

Значения моментов для нескольких значений скольжения от 0 до расчитаются по формуле

   Где

Задаем несколько значений

Мы получаем результаты

	0,005	0,01	0,013	0,02	0,03	0,04	0,05
	8,59	16,68	20,65	29,91	38,27	42,31	43,37

 

Значения моментов для нескольких значений скольжения от до 1 расчитаютсяпо формуле

       Где

Задаем несколько значений

 

Мы получаем результаты

	0,1	0,2	0,4	0,6	0,8	1
	40,73	36,98	29,81	23,38	18,48	16,52

 

Таблица 2: Результаты расчёта характеристик

 

s	M, кН.м	, об/мин
0	0	375
0,005	8,59	373
0,01	16,68	371
0,013	20,65	370
0,02	29,91	367,5
0,03	38,27	363,8
0,04	42,3	360
0,05	43,37	356,3
0,1	40,73	337,5
0,2	36,98	300
0,4	29,81	225
0,6	23,38	150
0,8	18,46	75
1	16,52	0

 

Рис.3. механическая характеристика

2. Построение желаемую электромеханическую характеристику привода

Ток холодного хода двигателя

 

 

Рис.4. Желаемая электромеханическая характеристика привода

 

3. Построение переходного процесса

Для построения графика переходного процесса строим лучи построения. Для построения лучей требует найти тангенс угла наклона по формуле:

 

 Принимаем

 ;  ;

На рис.5 показан прицип построения графика переходного процесса. Из точки А проводим луч построения. Через точку А1, соответствующая моменту стоянки проводим линию, которая параллельна луча построения. Эта линия пересекает с характеристики винта в свободной воде на точке В1.

С точки В1, проводим горизонтальную линию, пересекающую с линией ограничения момента на точке А2. Через точку А2 проводим параленную с личем построения линию, которая пересекает с винтовой характеристикой на точке В2...и.т.д. Мы получаем точки А1, А2, А3,.. и В1, В2, В3,.... Проекции точек А1, А2, А3,... на оси момента показывает значения момента двигателя в переоходном процессе. Проекция точки В1, В2, В3,... на оси частоты вращения показывает значения частоты вращения двигателя в переходном процессе.

 

Рис.5

 

 

Рис. 6. Момент двигателя в переходнм процессе

Рис.7. Частота вращения двигателя в переходном процессе

 

Рис.8. Ток двигателя в переходном процессе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литературы

1. В.А. Черняев Краткий курс автоматизированных гребных электрических установок рыбопромысловых судов: Учеб. Пособие для студ. высш. учеб. заведений / Астрахан.гос. техн. Ун-т. Астрахань: Изд-во АГТУ, 1999. 240 с.
2. Гребные электрические установки: Справочник/ Е.Б. Айзенштад, Ю.М. Гилерович, Б.А. Горбунов, В.В. Сержантов, . – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Судостроение, 1985, -  304 с., ил.
3. Акулов Ю.И. Гребеые электрические установки