Министерство высшего и среднего специального образования рсфср

Ленинградский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции электротехнический институт имени В.И.Ульянова (Ленина)

Е. И. Росин

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ГРЕБНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ

ДВИЖЕНИЕ СУДНА И ЕГО ГЛАВНАЯ УСТАНОВКА

Текст лекций

Ленинград 1986

УДК 629.12-83-52(07)

Росин Е.И. Автоматизированные гребные электрические установ­ки. Движение судна и его главная установка: Текст лекций /ЛЭТИ. -Л.,1986.-48 с.

Рассматриваются составляющие сил сопротивления, возникающие при движении надводного судна, их зависимости от различных факто­ров, идеальный и реальные движители, а также главные судовые уста­новки.

Ил.29, табл.1, библиогр. - 9 назв. Рецензент : инж. В.В.Сержантов.

Утверждено редакционно-издательским советом ЛЭТИ в качестве текста лекций.

(с) Ленинградский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции электротехнический институт им. В. И. Ульянова (Ленина), 1986

Введение

Предметом изучения данного курса является использование электрической энергии в целях обеспечения движения судна. Задачи данной учебной дисциплины можно считать выполненными, если в процессе изучения будут приобретены знания по требуемым показателям работы установок, обеспечивающих движение судна, общих принципов их устройства, приемов и методов их проектирования и расчета. Для этого необходимо знание таких дисциплин, как теоретические основы элек­тротехники, электрические машины, основы электропривода, электрические измерения, теория автоматического управления и регулирования, а также ряда разделов физики и автоматики. Разумеется, необходимо знание принципов работы различных элементов, применяемых в схемах автоматики. Они изучаются в различных курсах, предусмотренных учебным планом.

Для современного самоходного судна характерно наличие на нем двигателя, движителя и передачи. Двигатель – преобразователь какой-либо формы энергии в механическую. Движитель - устройство (механизм) для преобразования механической энергии двигателя в работу, расходуемую на преодоление сил сопротивления движению судна. Передача – устройство, передающее движущий (крутящий) момент и скорость вращения вала двигателя при необходимой трансформации навал движителя. Такая развитая совокупность устройств называется гребной или главной установкой судна, а двигатели, входящие в ее состав - главными двигателями.

Установки, в которых главным двигателем является электродвигатель, называют гребными электрическими установками (ГЭУ). Мощность таких установок достигает десятков мегаватт на движитель, что затрудняет или делает невозможным ручное управление ими. Кроме того, управление ГЭУ осуществляется судоводителем, находящимся назначительном удалении от главных машин. Поэтому даже самая простая ГЭУ выполняется автоматизированной.

В технической литературе, наряду с термином "гребные электрические установки (ГЭУ)", встречаются также термины "электродвижение судов", "электропривод гребных винтов" и др. В настоящее время наибольшее признание получил первый.

Суда, оснащенные ГЭУ, называют электроходами. Среда них различают дизельэлектроходы и турбоэлектроходы. В последние годы поя­вились также газотурбоэлектроходы. В этих названиях находит отра жение примененный тип главных первичных тепловых двигателей. Зачастую и в названии главной установки это обстоятельство также отражено, а именно: дизель-электрическая гребная установка (ДЭГУ), турЛ)электрическая греоная установка (ТЭГУ), гаэотурбоэлектрическая гребная установка (ПЭГ/).

История судостроения и мореплавания насчитывает не менее 60 веков. Развитие же ГЭУ фактически началось с начала XX века, хотя первым электроходом следует считать лодку, демонстрировавшуюся академиком Б.С.Якоби в 1838 г. [8]. Для демонстрации возможности практического применения предложенного им электродвигателя постоянного тока последний был установлен на лодке и приводил в движение гребные колеса. Испытания показали пригодность двигателя для движения лодки с 14 пассажирами против течения (испытания проводились на р.Нева) со скоростью около двух узлов. Питание двигателя осуществлялось от батареи гальванических элементов, энергоемкость которых мала, что являлось существенным недостатком.

Для прогресса в любой области техники, в том числе и для ГЭУ, обязательно выполнение, по крайней мере, следующих условий: а) открытие или применение какого-либо объективно существующего явления, б) наличие потребности общества в техническом решении некоторых противоречий в сфере производства, в) наличие у общества материальной базы, необходимой для осуществления технического решения. Нетрудно видеть, что в 1838 году эти условия выполнялись не все. Поэтому дальнейшее развитие ГЭУ стало возможным только с того момента, когда оказались выполненными все отмеченные выше условия.

Любопытно, что следующим электроходом, имеющим практическую значимость, стала подводная лодка. Впервые подводная лодка была построена в 1620 г. в Лондоне голландским ученым Клан Дреббелом. Затем был сделан целый ряд попыток создания подводной лодки в различных странах. Все они были обречены на провал, пока не появились электродвигатель, не требующий для своей работы кислорода, и достаточно энергоемкий источник питания для него. Только в 1880 г. инженер Двежецкий С.К. впервые применил на подводных лодках кислотные аккумуляторные батареи для работы гребного электродвигателя (ГЭД). Возобновление запаса электроэнергии аккумуляторных батарей было успешно решено К.Г.Бубновым в проекте дизель-электрической подводной лодки "Дельфин", заложенной к постройке в 1902 г.

Трудами русского инженера Доливо-Добровольского М.О. в 1891г. созданы все необходимые элементы ГЭУ переменного тока. Им разработана система трехфазного тока, изобретен двигатель трехфазного тока, впервые примененный на практике. Но, поскольку материальная база не имела еще возможности создания электрических машин необходимой мощности, развитие ГЭУ переменного тока началось лишь в конце первого десятилетия IX в.

Между тем возникла необходимость применения дизелей для движения судов, как более экономичных по сравнению с паровой машиной и парокотельной установкой. Непосредственно применить дизель было нельзя, так как он не мог изменить направление вращения для получения обратного хода судна. Проблема была решена тем, что на судне (трехвинтовая нефтеналивная баржа) "Вандал", построенном сормовским заводом в 1903 г., были установлены дизели, вращавшие генераторы постоянного тока, от каждого из которых питался электродвигатель соответствующего гребного вала. Таким образом, первый в мире теплоход одновременно был и электроходом. Суммарная мощность ГЭУ на валах первичных двигателей составляла ?65 кВт (3x120 л.с).

Потери при дополнительном двукратном преобразовании энергии от дизелей в такой установке составляли около 20%. Поэтому на построенном в следующем, 1904 году судне того же назначения "Сармат" по предложению инженере Лель-Пропосто устанавливают систему, названную его именем. На "Сармате", имевшем два гребных винта, с каждым гребным валом соединялся ГЭД, который в свою очередь соединялся с помощью разобщительной муфты с электрогенератором, приводившимся во вращение дизелем. При переднем ходе дизель работал непосредственно на гребной винт. При заднем ходе и при маневрировании на малых ходах разобщалась муфта и гребной вал приводился в движение электродвигателем, получавшим питание от дизельгенератора. Суммарная мощность ГЭУ на вадах дизелей была также 265 кВт (2x180 л.с). По этой системе в 1908 г. были построены 8 четырехвиинтовых канонерских лодок Амурской флотилии.

С появлением (1906-1908 гг.) реверсируемых дизелей развитие ДЭГУ постоянного тока затормозилось. Одновременно возник интерес к ТЭГУ переменного тока . В США был проведен эксперимент по сравнению различных гребных установок на однотипных судах - угольщиках водоизмещением около 20000 т. Сравнивались гребные установки с паровой машиной, турбозубчатым агрегатом и турбоэлектрической греб ной установкой трехфазного тока. Технико-экономические показатели постройки и эксплуатации оказались в пользу последней.

С 1916 по 1927 гг. в США было построено 118 электроходов. К 1932 г. число их возросло до 250.

В 1933 г. в Швеции был построен ледокол с ДЭГУ. Успех его эксплуатации привлек внимание стран, заинтересованных в ледоколостроении. В 1939 г. в Финляндии был построен второй в мире ледокол с ДЭГУ мощностью 3530 кВт. В СССР в это время были созданы проекты ледоколов с ГЭУ мощностью около 8800 кВт и 17600 кВт. Осуществить их помешала война.

Первые дизель-электроходы переменного тока "Вуптрталь", "Патрия" и др. были построены в Германии в 1938-1939 гг.

В период второй мировой войны практически только США и Англия строили электроходы. С 1939 по 1945 гг. ими было построено 551 транспортное судно-электроход.

После второй мировой войны круг стран, строящих электроходы, существенно расширился, и к настоящему времени в это число входят практически все, имеющие судостроительную промышленность.

В СССР после войны первый электроход отечественной постройки (танкер "Генерал Ази Асланов") вступил в отрой в 1950 г. Затем последовали серии речных ледоколов типа "Волга", речных железнодорожных паромов типа "Надым", судов общего назначения типа "Днепрогэс", китобойных судов типа "Мирный", морских буксиров типа "МБ-51", буксиров-спасателей типов "Атлант" и "Пурга", производственных рефрижераторов типа "Таврия", траулеров типов "Север" и "Алтай", транспортных рефрижераторов типов "Актюбинск" и "Сибирь", ледокольно-транспортных судов типа "Амгуэма" и др. Самыми мощными и единственными в мире остаются наши атомные ледоколы "Ленин", "Арктика" (ныне "Леонид Брежнев"), "Сибирь" и "Россия".

В целом число судов с ГЭУ в мировом флоте составляет 1,5-2%. В СССР доля этих судов около 7%. Широкое применение ГЭУ нашли на судах с тяжелыми условиями плавания (практически все ледоколы имеют ГЭУ) и на судах производственного назначения. Полвека назад началось освоение Северного морского пути. Развитие промышленности в северных районах нашей страны требует дальнейшего развития морского транспорта в Арктике. СССР уже сейчас имеет самый мощный ледокольный флот. В перспективе обеспечение круглогодичной навигации на Севере."Основные направления экономического и социального раз вития СССР на I986-I990 года и на период до 2000 года предусматривают: "На морском транспорте ... развивать ледокольный и ледокольно-транспсртный флот"; "На речном транспорте ... продлить период гарантированной навигации на магистральных реках".