Дизель электрические установки: Дизель-электрические установки и дизельные электростанции

alexxlab | 31.07.1989 | 0 | Разное

Содержание

Дизель-электрические установки

Дизель-электрические установки применяются, как правило, на ледоколах, транспортных судах ледового плавания, траулерах и т. п. (табл. 1,6).

 

Эксплуатация ледоколов предъявляет жесткие требования к главного двигателя, которые должны обеспечивать:

— максимальную мощность в широком диапазоне частот вра­щения ГВ;

—    возможность быстрого изменения нагрузки и направления вращения ГВ;

—    надежную работу в широком диапазоне температур воздуха и воды.

Дизель-электрические установки (по сравнению с дизельными установками) характеризуются большими массой и стоимостью, пониженной (на 1,5—2,5 %) экономичностью энергетических установок конструкцион­ной сложностью, большим числом обслуживающего персонала.

В эксплуатации установки на переменном токе более эффек­тивны, чем установки на постоянном или на двойном токе, так как у них лучшие массогабаритные показатели, повышенный КПД, высокая надежность, меньшая трудоемкость обслуживания и ремонта. При использовании на судах установок на переменном токе достигается большая унификация судового и промышленного электрооборудования, упрощается питание судов с берега.

Преимущества дизель-электрических энергетических установок следующие:

—    высокая маневренность и возможность получения малых скоростей вращения ГВ;

—    возможность работы ГВ на полной мощности при различ­ных условиях плавания;

—    обеспечение экономичной работы энергетических установок на всех режимах судна благодаря перераспределению мощности главного двигателя на привод ГВ, судо­вую сеть и т. п.;

—    возможность использования среднеоборотный дизель и высокооборотного дизеля, легких и мало­габаритных с малой мощностью;

удобство компоновки механизмов и общее уменьшение раз­меров машинного отделениия благодаря размещению агрегатов в два яруса;

отсутствие деления дизель-генератор на главные и вспомогательные и обеспечение распределения вырабатываемой электроэнергии меж­ду гребной энергетических установок и другими судовыми потребителями в зависимо­сти от режимов эксплуатации.


перечень мощностей, прайс-лист и производители

Наши поставки дизель-генераторных установок номинальной единичной мощностью от 60 до 2500 кВт

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 1 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 2 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 3 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 4 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 5 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 6 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 7 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 8 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 9 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 10 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 11 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 12 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 13 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 14 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 15 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 16 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 17 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 18 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 19 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 20 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 21 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 22 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 23 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 24 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 25 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 26 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 27 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 28 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 29 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 30 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 31 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 32 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 33 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 34 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 35 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 36 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 37 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 38 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 39 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 40 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 41 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 42 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 43 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 44 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 45 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 46 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 47 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 48 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 49 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 50 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 51 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 52 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 53 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 54 из 55

Проекты “Техэкспо” за 2014 – 2019 годы – фото 55 из 55

Дизельная электростанция – дизель-генератор или электроагрегат?.

28.11.2021

Дизельная электростанция – дизель-генератор или электроагрегат?

Генераторам электричества, которые использую дизель в качестве топлива, очень «повезло» с количеством наименований. Можно насчитать несколько десятков вариантов различных названий и аббревиатур для них. Частично разные номинации оказываются вполне оправданными, поскольку конкретизируют тип установки, принцип ее работы, некоторые особенности и т.д. Однако в ряде случаев это могут быть всего лишь синонимы, которые появились из-за несоответствия между техническими терминами, кодифицированными наименованиями, разговорными вариантами и т.д.

Для начала разберемся, что представляют собой такие агрегаты, а затем более подробно разберем большинство их названий.

В первую очередь это стационарная или подвижная энергетическая установка, которая снабжена одним или более электрогенератором и использует привод от дизельного двигателя. Дизельными их называют, в том числе для того, чтобы разграничить с подобными установками, работающими на бензиновых двигателях или газу.

Подобные установки можно разделить на три вида:

1) Дизель-генератор
2) Дизель-электрический агрегат
3) Дизельная электростанция

Дизель-генератор – устройство, объединяющее дизельный двигатель и генератор.

Дизель-электрический агрегат – это дизель-генератор и разнообразные вспомогательные устройства, которые к нему прилагаются. Это могут быть приборы контроля, контейнер для топлива и т.д.

Дизельная электростанция – это уже полноценная установка, где помимо дизельного агрегата находятся шкаф управления ДЭС, устройства, распределяющие энергию, устройства автоматики, запасные части и т.п.

Для дизельных генераторов можно столкнуться с наименованиями:

· Дизель-генератор (здесь просто сокращается определение «дизельный»).
· ДГ – самая простая аббревиатура для всех дизельных генераторов.
· Дизель-электрогенераторы (здесь подчеркивается, что генератор вырабатывает электричество).
· Дизель-генераторная установка (фактически синоним дизельного генератора, который обычно используется специалистами в качестве технического термина).
· ДГУ – аббревиатура от сочетания «дизель-генераторная установка».
· Дизель-генераторный агрегат (еще один вариант синонима наравне с ДГУ, просто вместо слова «установка» используется вариант «агрегат»).
· ДГА – аббревиатура от сочетания «дизель-генераторный агрегат».
· Дизель-электрические установки (здесь слово генератор заменяется вариантом «установка», а результат производства и его источник указывают в определении).
· ДЭУ – аббревиатура от сочетания «дизель-электрическая установка».

Что касается дизельных агрегатов, их могут называть дизельные электроагрегаты или использовать сокращение АД (агрегат дизельный).

Следует также помнить, что аббревиатура АД используется как сокращенное стандартизованное название дизельных электростанций и генераторов по ГОСТам. Т.е.фактически это может быть любая дизельная электростанция, в зависимости от полного наименования. Например АД-100С-Т400-1Р будет означать, что это дизельный агрегат, постоянная мощность которого 100 квт., стационарный с напряжением переменного тока в 400 V.

Дизельные электростанции могут именоваться следующим образом:

· Дизель-электростанция (здесь сокращается определение «дизельный»).
· ДЭС – аббревиатура от сочетания «дизельная электрическая станция».
· ЭД – аббревиатура от сочетания «электроагрегат дизельный».
· Дизельные подстанции (вместо «электростанция» применяется вариант «подстанция»).
· Передвижные электростанции (дизельные электростанции делятся на передвижные и стационарные, в данном случае имеется в виду те, которые размещены на шасси, прицепе или транспортном средстве).
· ПЭС – аббревиатура от сочетания «передвижная электрическая станция».
· Блочно-контейнерные автоматизированные электростанции – тип дизельных электростанций, в котором сама дизельная установка и все, что к ней прилагается, размещена в утепленный контейнер. Такие контейнеры соответствуют железнодорожным габаритам, сами модули обычно стационарные, но возможен передвижной вариант в специальном кузове.
· БКАЭС – аббревиатура от сочетания «блочно-контейнерная автоматизированная электростанция».
· Блок-контейнеры электроснабжения – контейнеры, предназначенные для размещения в них оборудования, в том числе дизельных электростанций, поэтому иногда, чтобы подчеркнуть, что станция размещена в подобном блоке, их называют таким образом.
· БКЭС – аббревиатура от сочетания «блок-контейнер электроснабжения».
· Блочно-комплектные устройства электроснабжения – электростанция, размещенная в БКЭС.

Итак, при всем разнообразии названий дизельных установок, генерирующих электричество, по сути они все обозначают одно и тоже, лишь в некоторых случаях уточняя особенности исполнения агрегата или его предназначение.


Гребные электрические установки, 50 Гц, 400 В

Гребные электрические установки, 50 Гц, 400 В | группа компаний ЕМН
Модель Тип двигателя Генератор Обороты Effective Generator Output (kVA) Effective Generator Output (kWe) КПД Температурный класс
MAS 650-S S6R-MPTAW-5 HCM634H 1500 652 522 95 % H
MAS 760-S S6R2-T2MPTK HCM634H 1500 765 612 95 % H
MAS 850-S S12A2-MPTAW-5 HCM634J 1500 847 678 95,6 % H
MAS 1350-S S12R-MPTAW-5 PM734E 1500 1351 1081 96,5 % F
MAS 1795-S S16R-MPTAW-5 PM734G 1500 1796 1437 96,3 % F
MAS 2350-S S16R2-T2MPTAW tbc 1500 2358 1886 96,2 % F

Монтаж дизельных электростанций (ДЭС), стоимость установки дизельного генератора (ДГУ) в Москве

Монтажные продукты

  • Прокладка кабеля

    Это обязательный элемент монтажа. Иммено по кабелю передается электроэнергия от генератора к потребителю. Сложность монтажа будет зависеть от мощности, расстояния от станции до электрического щита, места установки станции и препятствий на пути кабельной трассы. Также следует сразу определить, нужна ли траншея, чтобы спрятать кабели под землю или будут использованы лотки.

  • АВР (Автоматический Ввод Резерва) + электроснабжение

    Контроллер моторизированного перекидного рубильника проверит состояние и качество сети, и, в случае плохих показателей, АВР самостоятельно запустит ДГУ и переключит потребителей с сетевого питания на питание от ДГУ, а так же переключит нагрузку обратно и выключит станцию, когда сеть будет восстановлена, обеспечив экономию топлива. Все это можно сделать и вручную, но обеспечить круглосуточное дежурство человека для этих целей получится гораздо дороже.

  • Заземление

    Это обязательная защитная мера электробезопасности для любого современного оборудования. Позволяет избежать поражения электрическим током персонала находящегося рядом с работающей ДГУ. Смонтированный контур заземления необходимо обвязывать с главной заземляющей шиной (ГЗЩ) здания для выравнивания потенциалов. Требуется для всех энергоустановок.

  • Щитовое оборудование

    Щит собственных нужд (ЩСН) необходим для управления автоматикой смонтированных систем и для обеспечения собственных нужд ДГУ (подзарядка, подогрев). Щит распределительный/нагрузочный (ЩР) поставляется, если есть необходимость выделить только часть нагрузки, когда мощности ДГУ не хватает на весь комплекс нагрузок объекта. Например, когда требуется зарезервировать только жизненно важные системы, выделив их в отдельную группу.

  • Проект с согласованием

    В своей работе компания «Хайтед» придерживается установленных государством норм. Монтаж генераторов осуществляется с учетом ПТЭЭП – Правил Технической Эксплуатации Электроустановок Потребителями. В правилах говориться о том, что прежде чем начать установку электроустановок, потребуется согласование документации по проекту с организацией, которая занимается энергосбережением и выдает технические условия. Также потребуется разрешение государственного энергетического надзора.
    Если отсутствует проектная документация, согласно правилам, запрещено проведение монтажа генераторов, использование оборудования, постановка их на баланс.

  • Система вентиляции

    Двигатель, генератор, газовыхлоп и щитовое оборудование при работе выделяют тепло, которое требуется отводить при помощи принудительной вентиляции – используются приточно-вытяжные клапана с моторизированными эл.приводами, и, при необходимости, дополнительные приточно-вытяжные вентиляторы, управляемые со щита управления (автоматика). При неправильной организации системы вентиляции происходит перегрев ДГУ, ее аварийная остановка и прекращение подачи электроэнергии.

  • Система газовыхлопа (с глушителем)

    Основная задача данной системы – отводить выхлопные газы в безопасную для окружающих зону, а также снижать уровень шума. Этот элемент является обязательным, если необходимо провести монтаж генераторов в помещении. Чтобы снизить уровень тепловых выделений в помещениях машинного зала и шахтах, трассу газовыхлопа необходимо покрыть теплоизоляцией.

  • Фундамент и защита от вибрации

    Армированная бетонная подушка (фундамент или ж/б плита), жесткое независимое основание на песчаной подушке для ДГУ. Позволяет не распространять вибрации от работы ДГУ на существующие фундаменты и основания, предотвращая их разрушение и повреждение всего здания. Для дополнительного снижения вибрации по периметру рамы ДГУ можно смонтировать вибрационную подушку.

  • Система топливоподачи

    Большинство ДГУ оборудованы встроенными топливными баками, рассчитанными не более, чем на 8 часов непрерывный работы. Если необходим более длительный режим работы ДГУ, или если у нее нет встроенного бака (мощные станции), то монтаж генераторов проводится с установкой дополнительной топливозаправочной системы, подающей дизельное топливо, которая состоит из основного, резервного бака, а также соответствующих насосов, клапанов, поплавков, системы топливопроводов и управления (автоматики).

  • Система пожаротушения

    Автоматические системы пожаротушения позволяют подавить очаговые возгорания в помещениях машинного зала, срабатывая на сигналы поступающие от датчиков. Наличие смонтированной системы пожаротушения является обязательным требованием при вводе энергоустановок в эксплуатацию. Системы бывают порошковые и газовые.

  • Возведение перегородок

    Для выделения камер приточно-вытяжной системы и топливохранилища, помещение машинного зала по нормативам разделяют внутренними перегородками. Это требуется для повышения эффективности систем вентиляции и поддержания требуемого уровня безопасности.

В Вашем случае потребуется индивидуальный подбор монтажных продуктов, и мы рекомендуем не откладывать данный вопрос, а сразу определиться с масштабом будущих работ. Наши специалисты будут рады помочь Вам определиться с выбором – мы ждем ваших вопросов и заявок.

Мы готовы не просто проконсультировать Вас по таким вопросам, как установка электростанций или подключение ИБП, а предложить готовое решение, которое максимально будет соответствовать Вашей задаче.

Именно на данном этапе важно учесть все нюансы и подобрать верные продукты, чтобы потом избежать переделки, которая может существенно сказаться на бюджете проекта. Ведь та же установка электростанции может быть произведена несколькими способами, выбор которых будет зависеть сразу от нескольких факторов. Даже статические ИБП небольшой мощности требуют индивидуального подхода, а динамически ИБП – это практически уникальный вариант.

Специфика данной услуги такова, что типовых «коробочных» решений в данном вопросе практически не существует, поэтому без тщательного планирования всех работ результат будет непредсказуем, а риск нештатных ситуаций велик.

Причем мы опираемся не только на опыт, полученный при установке ИБП или генераторов наших клиентов – мы также сдаем в аренду сотни генераторов ежегодно, и всякий раз на новом объекте требуется проводить установку электростанции и сопутствующих систем «с нуля». И даже несмотря на то, что арендные генераторы имеют специальное исполнение, которое упрощает ее установку и подключение, мы постоянно сталкиваемся с индивидуальными особенностями объектов.

Мы убедились сами и хотим убедить Вас – не бывает двух одинаковых проектов, всегда есть нюансы и игнорировать их нельзя.

Этапы монтажа генераторов и электростанций

Основные этапы процедуры сводятся к следующим:

  1. Выбор площадки. Участок осматривается до покупки или аренды агрегата. Если выбрано определенное помещение под дизельный генератор, монтаж ДГУ должен осуществлять по предварительно разработанному проекту и учитывать ряд строительных и экологических требований.
  2. Обустройство фундамента. Конструкция агрегата смонтирована на жесткой раме, поэтому во время работы из-за вибрации его положение может сместиться. Подготавливается ровный, прочный фундамент, используются виброизоляторы.
  3. Система охлаждения. Чрезмерный нагрев установки снижает ее моторесурс. Чтобы исключить поломки и сбои, в помещении требуется оборудовать приточно-вытяжную вентиляцию. Обязательно проводится центровка — устанавливаются амортизаторы, регулируется осевой вентилятор и валы, корректируется их положение.
  4. Электромонтажные работы. Сюда входит установка блока, обеспечивающего ввод резерва, монтаж автоматических выключателей, подключение ДГУ к АВР. Выхлопная система. Чтобы снизить шум, устанавливается глушитель. Трубопровод монтируется без резких поворотов во избежание обратного давления.
  5. Система подачи топлива. Чтобы ДЭС отработала нужное время необходимо предусмотреть технологию заправки топливом. Система топливоснабжения индивидуальна для каждого объекта и требует крайне бережной эксплуатации.

Установка электростанций и подготовка к эксплуатации

После установки электростанции под ключ дизельный генератор заправляют топливом, маслом и антифризом. Затем агрегат подключается к АКБ. Проверяются патрубки, соединения, электрические цепи и запирающие устройства. Во время пробного запуска специалисты регулируют настройки с учетом предстоящих задач.

Тестовый запуск можно провести с предпусковым подогревателем или в специальном контейнере. Наличие предпускового подогревателя продлевает срок эксплуатации ДГУ, в несколько раз увеличивает скорость запуска и показатель максимальных оборотов, снижает расход топлива. Преимущества запуска в контейнере — мобильность, отсутствие задержек при старте в морозы, плавный пуск и шумопоглощение.

Чтобы оборудование работало стабильно, монтаж электростанций в Москве проводят после тщательной подготовки по специальной системе Master Start.

Специалисты Хайтед ответственно проводят монтаж генератора с АВР (с автозапуском), при этом цена подключения адекватна качеству услуг.


Дизель-электрические установки на подводных лодках – Военное оружие и армии Мира

Эксперименты изобретателей с различными типами силовых установок для субмарин к концу XIX века привели к выводу, что для подводного хода идеальным является электромотор.

Однако установка электромотора сразу же вела к вопросу: откуда брать электроэнергию? Единственным ответом было — от аккумуляторов. Но аккумуляторы в то время имели еще очень несовершенную конструкцию и небольшую емкость при солидных массогабаритных характеристиках. «Электроходы» — чисто электрические субмарины — одно время строились и даже служили в боевом составе флотов, но имели один весьма существенный недостаток: ограниченную автономность, обусловленную тем, что зарядку аккумуляторов можно было осуществлять только на базе. Пытаясь преодолеть это ограничение, ряд изобретателей развивали конструкции субмарин с двумя двигателями: электромотором для подводного хода и другим двигателем (чаще всего паровой машиной) для надводного. Но ведь паровая машина может вращать и электрогенератор, заряжая аккумуляторные батареи! К такому простому выводу впервые пришел Джон Холланд, предложивший в 1888 году проект субмарины «Плунжер-1», на которой паровые машины могли заряжать аккумуляторы. Она так и не была построена, но послужила отправной точкой для дальнейших работ.

«КЕРОСИНКИ» И «ГАЗОЛИНКИ»

Эксплуатация паровых машин на подлодках была весьма неудобной из-за длительного времени подготовки к погружению — ведь надо было погасить котел, убрать дымовую трубу и выполнить целый ряд других операций. Поэтому пароэлектрические подлодки большого распространения не получили. Гораздо более удобными были двигатели внутреннего сгорания (ДВС), начавшие распространяться в 1880-х годах. Они имели меньшие габариты и большую удельную мощность по сравнению с паровыми машинами, а подготовка к погружению субмарины с таким двигателем была более простой и сводилась к тому, чтобы заглушить мотор и закрыть воздухозаборные и выхлопные отверстия. Первой субмариной, в которой на практике была реализована схема силовой установки, ставшая классической (ДВС для движения на поверхности и зарядки аккумуляторов плюс электромотор для подводного хода) стала «Плунжер-3» конструкции все того же Дж. Холланда. Лодка, построенная в 1897 году, имела подводное водоизмещение 75 т, была снабжена 45-сильным керосиновым двигателем и электромотором мощностью 50 л. с, а в состав вооружения помимо торпедного аппарата входила пневматическая пушка для стрельбы динамитными снарядами. Лодка оказалась удачной — ее приняли в состав флота США и эксплуатировали в качестве учебной до 1913 года.

Примеру Холланда последовали другие конструкторы. В частности, Саймон Лэйк применил вместо керосинового двигателя газолиновый. Его субмарина «Протектор», построенная в 1902 году, имела водоизмещение 174 т и оборудовалась двумя такими моторами (по 240 л. с.) и двумя электродвигателями (по 120 л. с.) В 1904 году эта лодка была продана России, получив название «Осетр». Впоследствии российский флот получил еще девять субмарин системы Лэйка. Также в начале XX века на подлодках многих стран получили распространение бензиновые двигатели.

ДИЗЕЛЬНАЯ ЭРА

При всех своих преимуществах ДВС, работающие на легком топливе (керосине, газолине, бензине), имеют один существенный недостаток с точки зрения их применения на подлодках: это топливо легко испаряется, создавая в замкнутом объеме субмарины взрывоопасную смесь с воздухом. Поэтому на смену таким моторам быстро пришли дизельные двигатели, лишенные подобного недостатка. Одним из пионеров применения дизелей в подводном кораблестроении стал француз Максим Лобеф, по проекту которого в 1904 году построили лодки «Эгрет» и «Сигонь» водоизмещением 250 т. Силовая установка этих лодок состояла из 150-сильного дизеля и 130-сильного электромотора. В 1908 году в России по проекту Ивана Бубнова построили малую (123 т) дизель-электрическую лодку «Минога», а в 1909-м — среднюю (468 т) субмарину «Акула». Уже к началу Первой мировой войны дизель-электрические субмарины стали наиболее распространенными, а после нее полностью вытеснили другие типы подлодок.

ШНОРКЕЛЬ

Для обеспечения работы дизельного двигателя в подводном положении было создано устройство, известное как шноркель, или же РДП («работа дизеля под водой»). Оно представляет собой выдвижное устройство (наподобие перископа) с двумя трубами — воздухозаборной и выхлопной (с глушителем). Изобретателем РДП считается русский офицер-подводник Николай Гудим (в 1910 году), но распространение это устройство получило лишь во время Второй мировой войны в подводном флоте Германии. Для вентиляции и зарядки аккумуляторов лодке со шноркелем можно вместо всплытия идти на перископной глубине (около 15 метров).

На поверхности находится головка трубы, которая по сравнению со всплывшей субмариной была малозаметна. К недостаткам применения шноркеля относятся проблемы, связанные с возможностью визуального или радарного обнаружения судна неприятелем (так как сам шноркель и дым из его трубы гораздо заметнее перископа), а также тот факт, что корабль идет вслепую и «вглухую» из-за шума собственных двигателей — то есть оператор гидролокатора не может выполнять своих обязанностей, что чревато неприятными последствиями.

Выбор дизель-генератора – основные критерии и нюансы при выборе дизельных генераторов

При покупке генераторной установки необходимо учитывать нюансы: установка, тип.

Пункт 1. Резервный или автономный?

Крайне важно определиться, будет ли генератор на установке резервной или автономной. В последнем случае это актуально, если другого источника питания не имеется. Но если подпитка идёт от промышленной сети и важно свести к минимуму отрицательные последствия исчезновения источников питания или снижения его характеристик, то стоит остановить выбор на резервном аналоге.

Пункт 2. Место эксплуатации

Автономные аналоги в подавляющем большинстве случаев используют на открытом воздухе в самом широком диапазоне температур: от – 500 градусов до + 500. Исключения бывают, только если предусмотрено постоянное место дислокации для дизель-генератора. Тогда установку инсталлируют в вентилируемом отапливаемом отсеке. Целесообразно покупать дизель-генератор стационарного типа с возможностью эксплуатации в температурном режиме от + 50 до + 500 градусов.

Если же дизельный генератор будет эксплуатироваться как резервное питание, то достойный уровень функциональности будет обеспечен при нахождении в защитном блок-контейнере или в помещении с температурным диапазоном от + 50 до + 500 градусов. Это единственно возможный вариант, поскольку функция резервирования сети означает оперативный прием нагрузок при исчезновении основного источника. Если установка расположена на открытой территории и не защищена кожухом дизель-генератора, то сделать это будет невозможно. В этом случае двигатель генераторной установки подразумевает подогретое состояние всегда.

Пункт 3. Выбор оптимальной мощности

Ключевой момент — корректный подбор мощности дизель-генератора. От этого зависит цена установки. Если удастся подобрать мощность максимально близко к показателям расчетной мощности электроприемников, то при наращивании показателей или увеличении количества приемников генераторная система получит значительную перегрузку, что негативно скажется на установке.

Если завышена мощность дизель-генератора, то это повлечет отрицательные последствия при эксплуатации самого дизеля. Оптимальным будет соблюдение правила о том, что установка никогда не должна работать с нагрузкой меньше в 25% от показателей собственной номинальной мощности. Считается, что лучшей нагрузкой дизель-генератора будет нагрузка в параметрах от 35 до 75%.

Еще одним фактором влияния является климат, который тоже воздействует на мощность дизель-генератора. Если генераторная установка находится высоко над уровнем моря и температура окружающей среды выше, а также повышена влажность, то отдача мощности генератора будет на более низком уровне.

Пункт 4. Как долго должна работать генераторная установка?

Есть два способа, благодаря которым можно увеличить продолжительность необслуживаемой работы дизель-генератора. Например, можно организовать автоматизированную подачу масла и топлива в расходную емкость по топливопроводным путям. Второй вариант: повысить объем топливных расходных емкостей у дизель-генераторов.

Если говорить об автономных установках передвижного типа, то вышеозначенные способы не подходят, поэтому оптимальная длительность необслуживаемой работы равна 4 часам. Если мощность станции составляет 30 квт, то длительность необслуживаемой работы будет равна 8 часам. Если говорить об автономных конструкциях стационарного типа, то можно установить топливный бак с увеличенной емкостью для непрерывной работы в течение 24 часов. Если мощность станции от 60 квт и выше, то обеспечивается закачка топлива в автоматическом режиме из внешнего хранилища.

Дизель-генераторы резервного типа подразумевают оптимальный период необслуживаемой работы в течение 24 часов. Устанавливать вспомогательное оборудование для обеспечения непрерывного функционирования электростанции на протяжении 150-240 часов нецелесообразно экономически в большинстве случаев, это будет очень дорого.

Пункт 5. Нужно ли использовать автоматическое управление?

Есть 4 главных режима контроля и управления дизель-электростанцией. Это актуально при использовании дизель-генератора как автономного источника энергоснабжения в зависимости от обслуживающего персонала и предназначения агрегата. 4 режима следующие:

  • Управление дистанционно и ручной режим. Это дополнение к управлению в ручном режиме, оно даёт возможности корректировать работу на расстоянии до 25 м.
  • Автоматический и ручной режим. Контроль и управление дизель-генератора осуществляется автоматизированным способом. Вхождение и пуск рабочего режима подразумевает небольшую вовлеченность специалистов. Контроль по дизель-генератору имеет расширенный функционал.
  • Ручной режим. Возможен, если обеспечено присутствие специалистов. Это простая в управлении генераторная установка, она имеет функции по контролю и управлению.
  • Дистанционное управление через компьютер подразумевает полноценное отслеживание работы генеральной установки на дистанции. Не всегда такой способ возможен, ведь он подразумевает разветвленные высокотехнологичные системы электрического снабжения объекта либо группы, что осуществляется с единого диспетчерского пункта. Но этот способ имеет массу преимуществ, широкий функционал в сравнении с режимами, указанными выше.

Если подразумевается эксплуатация, как резервный источник снабжения энергии, то нужно продумать подходящий режим: автоматическое управление на расстоянии посредством компьютера или просто автоматическое управление. Если говорить о первом варианте, то это актуально при снабжении групп равноудалённых объектов с осуществлением контроля через единый диспетчерский центр. Классический пример: группа районных узлов связи, подстанции в системе Облэнерго и прочее.

Пункт 6. Под капотом или в контейнере?

Капот надежно защищает дизель-генератор от негативного влияния осадков, поэтому если планируется эксплуатация дизельной электростанции как автономный источник в открытых внешних условиях, то этот вариант оптимален.

Возможно выбрать и эксплуатацию на прицепе, что значительно облегчает процесс транспортировки. Вариант без капота актуален при эксплуатации дизель-генераторов как резервного источника в вентилируемом и отапливаемом помещении либо как автономный источник.

Такое защитное помещение есть не всегда, да и его возведение подразумевает финансовые вложения, поэтому стоит продумать целесообразность с экономической точки зрения. Возможно лучше купить дизель-генератор, который можно установить во внутренней части утепленного блок-контейнера на раме или на салазках. В последнем случае будет гораздо проще перемещать электростанцию с одного места на другое.

Пункт 7. Бесперебойное снабжение электричеством

Бесперебойность неактуальна для станций, используемых как единственный автономный источник снабжения. Фактор бесперебойности актуален только для установок дополнительных резервных источников питания в системе снабжения электроприемников первой категории, то есть особо ответственных. Если будут перерывы в напряжении кратковременные, то есть до 20 секунд, то для большей части этих электроприемников такой минимальный период времени, требующийся для переключения с одного источника на другой в автоматическом режиме, не повлечет негативных последствий: брак продукции, опасность для человека, техногенные аварии и прочее. Но если риск наступления этих негативных последствий велик, то даже перерыв 20 секунд в энергоснабжении допускать нельзя. Поэтому как резервное питание лучше использовать генераторную установку вместе с источником бесперебойного питания. Да, стоимость этих источников высока, часто она выше цены дизель-генератора, поэтому предварительно нужно провести экономические расчеты, обосновать целесообразность.

Пункт 8. Важность правильно заявленной нагрузки

Крайне важно знать специфику изменения нагрузки для обеспечения корректной работы. Как правило, электростанция питает группу различных периодически отключаемых и включаемых электроприемников, а не один. Поэтому общая нагрузка на станцию динамично изменяется. Качество работы системы и генераторной установки, устойчивость напрямую связаны с мощностью и скоростью изменения нагрузки. Если корректно указана цикличность меняющейся нагрузки при выборе электроагрегата, то проблем с оснащением для правильной работы в соответствии с фактической нагрузкой при эксплуатации не возникнет.

Пункт 9. Разновидности нагрузок

Перед выбором дизель-генератора нужно заблаговременно продумать, на какие разновидности электроприемников будет работать агрегат. Если говорить о жилых помещениях, офисах, то бытовую нагрузку главным образом составляют осветительные приборы. Промышленная нагрузка бывает активная, то есть электрические печи либо силовая – в основном с индуктивными составляющими.

Есть и тиристорная нагрузка, что встречается там, где нужно изменить входное переменное напряжение в выпрямленное, чтобы обеспечить питание двигателям постоянного тока или подзарядить несколько аккумуляторных батарей. Тиристорная нагрузка бывает и при необходимости преобразовать переменное напряжение промышленных частот в другие частоты. Классический пример: газовые и нефтяные буровые конструкции, узлы связи и так далее.

Пункт 10. Параллельная работа

Если важно гарантировать бесперебойное питание на время технического обслуживания главного источника электроснабжения и при необходимости компенсировать рост используемой мощности из-за подключенной нагрузки, то возникает необходимость обеспечения параллельной работы.

Дизель-генератор при параллельной нагрузке функционируют вместе с сетью на общие шины нагрузки или вместе с другим дизель-генератором. Если устройство предназначается для функционирования как резервный источник электрического снабжения, то не удастся использовать его для параллельной работы. Нужно учитывать, что принцип резервирования означает питание нагрузки лишь от одного источника.

Есть две разновидности параллельной работы: с сетью и с другим дизель-генератором. Работа с другим электрическим агрегатом важна, чтобы повысить надежность систем электроснабжения очень ответственных электроприемников. Также она актуальна для компенсации временного роста по мощности в пиковые часы нагрузки.

Параллельная работа с сетью не слишком распространена. Она актуальна, если нужно гарантировать бесперебойное питание на время проведения технического обслуживания основного источника электрического снабжения.

Параллельно с сетью дизель-генератор работает краткосрочно, то есть лишь на время плавного перевода нагрузки на питание от сети на генератор и в обратном порядке. Нужно обеспечить несколько условий, чтобы должным образом войти в параллель с другими источниками, то есть синхронизировать.

Синхронизация не подразумевает задействование большого числа приборов, обслуживающие специалисты способны сделать это в ручном режиме. Если планируется задействовать генераторные установки для работы со сложной ответственной нагрузкой многосистемного типа, где не допускается малейший сбой в электроснабжении, то следует выбрать синхронизацию автоматического типа.

Распределение нагрузок – важный аспект параллельной работы. Общая нагрузка подразумевает реактивную и активную составляющую, что распределяется пропорционально системой управления дизель-генератора. В самом простом случае это возможно за счет механической корректировки оборотов двигателя. Главный недостаток такого способа заключается в том, что деление нагрузки основано на настройках топливной системы регулятором, а не на выходной мощности. Это способно вызвать диспропорцию нагрузки по причине разных характеристик двигателей и регуляторов.

Другим минусом станет то, что частота по-прежнему зависит от нагрузки. Если задействовать автоматическое распределение, то проблемы с временем, качеством, точностью распределения отпадают. Автоматическое распределение с задействованием электронных устройств подразумевает распределение выходной мощности электрических агрегатов от общей точки – частота в 50 Гц. Это гарантирует стабильность работы, улучшение качества.

Пункт 11. Качество частоты напряжения

Оно напрямую зависит от регулятора скорости двигателя. Если нет автономной нагрузки, то требования к регулятору скорости несложные, вот почему в большинстве случаев используется обычный механический регулятор в этих установках. Частота напряжения, частота вращения двигателя зависят от параметров нагрузки. Чем она выше, тем ниже частота. Как правило, механический регулятор настраивают таким образом, чтобы частота составляла 50 Гц при нагрузке в 75-90%.

Таким образом на малых нагрузках, доходящих максимум до 30% от номинальных показателей электроагрегата, частота будет 52-53 Гц. Подавляющее большинство электрических приемников допускают подобные отклонения. Но есть некоторые, созданные на основе микропроцессорной техники или тиристорных преобразователей, для которых крайне важно поддерживать показатели в 50 Гц в независимости от общей нагрузки на двигатели. Это актуально для систем радиовещания, передачи телесигналов. Поэтому двигатель работает по астатической характеристике. Это подразумевает оснащение дополнительными устройствами, которые обеспечат постоянную частоту вращения. Они довольно дороги. При выборе агрегата с подобной системой управления необходимо удостовериться, что нагрузка не подразумевает отклонение по частоте и покупка дополнительных устройств оправдана с финансовой точки зрения.

Рекомендуем

Морские электрические установки и дизель-электрические силовые установки

В связи со строгими и санкционированными во всем мире экологическими нормами и правилами, устанавливающими пределы допустимых выбросов парниковых газов и твердых частиц при сжигании ископаемого топлива, эффективности морских судов в последнее время уделяется большое внимание. . В то же время, помимо выполнения экологических требований различных заинтересованных сторон, судовладельцы стремятся увеличить доход на экономически сложном рынке за счет снижения эксплуатационных расходов и получения конкурентных преимуществ.Примерами таких конкурентных преимуществ являются снижение воздействия на окружающую среду, повышение эффективности судов/рабочих платформ, операционная гибкость и надежность, а также более высокие номера экологической регулярности (ERN). Для оценки морского судна Эффективность сложна и включает в себя несколько дисциплин. В этой работе основной вклад сосредоточен вокруг автоматизации дисциплины и проектирования автоматического управления с использованием стратегий управления, основанных на оптимизации. повысить КПД корабельной энергетической установки переменного тока.В этой диссертации рассматриваются две темы: оптимальное подавление гармоник с помощью прогнозирующего управления моделью (MPC) и оптимизация подразделения как части Energy. Системы управления (EMS). Эти две темы, хотя и взаимосвязаны, представляют разные уровни управления энергосистемой и вносят свой вклад в эффективность судовой энергетической установки. Диссертация разделена на три части. В первой части, охватываемой главой 2, представлен обзор эволюции бортовой электроэнергетической системы.С первого успешного использования корабельного электричества, отмеченного использование электричества на SS Columbia в 1880 году для целей освещения, а в наши дни, когда полностью электрические суда используют батареи, корабельная энергетическая система превратилась из нескольких одноцелевых пассивных компонентов в содержащую множество многоцелевых активных компонентов, которые полагаются на автоматические контроль. Таким образом, дисциплина автоматизации и проектирования автоматического управления играет важную роль на современном этапе развития судовых электроэнергетических систем.Глава 2 заканчивается обсуждением свойств и проблем энергосистемы морского судна, включая, помимо прочего, сравнение переменного и постоянного тока, интегрированных энергосистем и проектирования сетей, силовой электроники, гармонического загрязнения и электрической стабильности, а также возрастающего уровня сложности программного обеспечения. Вторая часть диссертации, которая рассматривается в главах 3-5, посвящена проблеме гармонического загрязнения и представляет новую стратегию смягчения гармонического воздействия, основанную на оптимальном управлении. Предлагаемый метод, основанный на одном управляемом фильтре активной мощности (APF), использует MPC, который (в режиме онлайн) генерирует опорные значения тока APF на основе цели оптимизации для минимизации общего гармонического загрязнения во всей энергосистеме – на системном уровне. Гармоничный подход к смягчению последствий.В главе 3 представлены результаты моделирования предложенного метода в сравнении с двумя традиционными стратегиями управления АПФ с использованием двухшинной судовой энергосистемы с 6- и 12-пульсными выпрямительными нагрузками в качестве испытуемого. Результаты показывают, что MPC может генерировать опорные токи, которые лучше используют токовые возможности APF для подавления гармоник на уровне системы, и способен уменьшить полное гармоническое искажение (THD) по сравнению с тем, что достигается с помощью традиционных подходов к подавлению. В главе 4 представлен подход к подавлению гармоник на уровне системы, а также рассматривается управление одним APF, основанное на автономной аналитической оптимизации.Метод автономной аналитической оптимизации сравнивается с MPC в главе 3 и традиционными стратегиями смягчения последствий с использованием двухшинной судовой энергосистемы с 12-пульсными выпрямительными нагрузками в качестве испытуемого. Неидеальности, такие как несоответствие параметров и насыщение трансформатора введены в моделирование, и результаты показывают, что и в этом случае метод подавления гармоник на уровне системы на основе MPC превосходит автономную аналитическую оптимизацию и традиционные подходы к подавлению.Последняя глава в этой части, Глава 5, обращается к основанной на событиях системной архитектуре с реализацией в реальном времени однофазной версии MPC, представленной в главах 3 и 4, для ослабления гармоник на уровне системы. Моделирование аппаратного обеспечения в цикле (HIL) с помощью двух настольных компьютеров и симулятора продемонстрируйте, что предлагаемая системная архитектура и реализация MPC соответствуют требованиям реального времени для подавления гармоник на уровне системы. В последней части диссертации, которая рассматривается в главе 6, рассматривается проблема приверженности единиц в системе управления энергопотреблением (EMS).Реальные данные энергосистемы трех разных судов в эксплуатации, парома, Судно снабжения платформы (PSV) и судно для сейсморазведки извлекаются и анализируются в отношении нагрузки дизель-генераторной установки (генераторной установки) и часов работы генераторной установки, чтобы пролить свет на потенциальные улучшения топливной экономичности. Как показывают извлеченные данные, генераторные установки на всех трех судах работают с неоптимальными условиями нагрузки относительно кривых удельного расхода топлива (SFOC) отдельных генераторных установок. Представлены и обсуждены два метода фиксации блоков, один из которых основан на смешанно-целочисленном линейном программировании (оптимизация), а другой — на логике.Кроме того, предлагаются три конфигурации энергосистемы; i) четыре генераторные установки с фиксированной скоростью, ii) три генераторные установки с фиксированной скоростью и одна генераторная установка с переменной скоростью, и iii) четыре генераторные установки с фиксированной скоростью и система накопления энергии (ESS). Два метода включения блока сравниваются путем моделирования трех предложенных конфигураций энергосистемы с использованием профилей реальной нагрузки, полученных от трех судов во время работы. Результаты моделирования показывают, что оптимальные алгоритмы EMS в сочетании с пересмотренной конфигурацией энергосистемы могут повысить эффективность работы с точки зрения экономии топлива и сокращения часов работы генераторной установки.Последняя глава диссертации, глава 7, подводит итоги и завершает работу, а также дает рекомендации для будущей работы.

Дизель-электрический двигатель продвигается вперед – Professional Mariner

First and Ten — одно из 10 190-футовых вспомогательных судов с платформами, спроектированных Guido Perla & Associates и построенных Bollinger для Rigdon Marine. (Предоставлено Bollinger Shipyards Inc.)

Эволюция судовых двигателей привела к более широкому использованию дизель-электрических технологий для удовлетворения требований надежности и все более строгих экологических стандартов.

 

Благодаря своей универсальности и избыточности дизель-электропривод можно адаптировать к судам практически всех размеров. В дизель-электрических системах несколько дизельных двигателей, каждый из которых приводит в действие электрический генератор, вырабатывают электроэнергию, которая питает электродвигатели, подключенные к гребным винтам, а также другие электрические нагрузки на корабле. В зависимости от потребности в электроэнергии не все дизельные генераторы должны работать постоянно.

 

Пол Мюррей, операционный менеджер Converteam, Inc.в Питтсбурге объяснил основное преимущество дизель-электрических систем: «В старом способе движения мощность дизельного двигателя обычно проходила через коробку передач, а затем к линии вала, возвращающейся к гребному винту. При механической силовой установке, если корабль теряет один из двух дизельных двигателей, он теряет пятьдесят процентов своей тяговой мощности. Прелесть дизель-электрической силовой установки заключается в том, что дизельные двигатели включаются только тогда, когда они необходимы, и если двигатель выходит из строя, оставшиеся дизель-генераторы в системе могут по-прежнему обеспечивать питанием обе линии вала.

 

Дэн Кох, вице-президент по проектированию Guido Perla & Associates Inc. (GPA) в Сиэтле, отметил некоторые другие преимущества: «Дизель-электрическая силовая установка обеспечивает множество вариантов и преимуществ. Во-первых, это эффективность за счет возможности запуска дизельных генераторов соответствующего размера в зависимости от потребности по сравнению с большим дизельным двигателем, часто работающим на холостом ходу, что приводит к лучшему контролю выбросов. Многие из наших судовых дизель-электрических конструкций используют несколько двигателей разных размеров.С помощью комбинаций малых, средних и больших дизельных генераторов вы можете увеличивать мощность небольшими приращениями, чтобы двигатели работали при соответствующих нагрузках и работали с максимальной эффективностью».

 

Благодаря дизель-электрическим системам конструкторы кораблей получили возможность более эффективно использовать подпалубное пространство, поскольку дизель-генераторы, распределительное устройство и гребные двигатели могут располагаться практически в любом месте.

 

«Большие тихоходные дизельные двигатели с коробками передач и линиями валов к гребному винту расположены глубоко в V-образной секции корпуса», — сказал Мюррей.«При использовании дизель-электрических двигателей дизельные двигатели и генераторы могут быть размещены выше, что дает эксплуатационные преимущества за счет меньшего количества воздуховодов для воздухозаборников и выхлопных газов, которые также занимают меньше места внутри судов. Это также позволяет лучше распределять оборудование», — сказал Мюррей.

 

Кох заметил: «Шум и комфорт являются большими проблемами дизайна, но это не связано исключительно с дизель-электрическим двигателем или нет. Традиционный вал, идущий к двигателю, который жестко закреплен на корабле, будет создавать больше вибрации и шума.Генераторная установка — это изолированная часть оборудования, и это преимущество заключается в том, что она может быть изолирована от вибрации».

 

Поставлен в июне 2006 г. Lewis and Clark — первый в своем классе сухогрузный корабль с боеприпасами, строящийся Nassco для ВМС США. Его дизель-электрическая установка рассчитана на 35 мегаватт. (любезно предоставлено Nassco)
Успешные заявки

 

Ро-ро суда MV Midnight Sun и MV North Star, построенные в Наско в Сан-Диего, Калифорния., для Totem Ocean Trailer Express, Inc. (TOTE) в 2002 и 2003 годах, являются примерами эксплуатационных преимуществ дизель-электрической силовой установки. TOTE решила построить два новых корабля, чтобы заменить свой флот из трех стареющих пароходов, используемых на рейсах Такома, Вашингтон-Анкоридж, Аляска. В начале строительства в заявлении Nassco отмечалось, что инновационные конструкции новых 24-узловых судов сделают их «первыми кораблями в США, оснащенными встроенной дизель-электрической системой».

 

На начальном этапе проектирования новых кораблей было очевидно, что традиционные тихоходные дизельные двигатели, механически соединенные с гребными винтами, были бы наименее дорогим вариантом капитальных вложений, но дорогостоящим в эксплуатации.Джон Бойлстон, военно-морской архитектор из Дрездена, штат Мэн, объяснил: «Одна из проблем низкоскоростных дизелей заключается в том, что, хотя они имеют фантастические показатели расхода топлива, работающего в оптимальной точке двигателя, расход топлива очень быстро уменьшается выше или ниже этого значения. точка. В случае с TOTE было установлено, что 80 процентов времени корабли будут работать неоптимально, и это будет ужасом с точки зрения эксплуатационных расходов».

 

В дизель-электрических системах, установленных на кораблях, используются четыре среднеоборотных дизеля MAN Diesel 9L 58/64 мощностью 11 700 кВт при 400 об/мин с приводом от Alstom 11.Генераторы мощностью 4 МВт. Два среднеоборотных дизеля MAN Diesel 9L 27/38 мощностью 2700 кВт при 720 об/мин каждый приводят в действие генераторы Alstom мощностью 2,6 МВт.

 

Каждый из двух винтов приводится в движение реверсивными двигателями Alstom с регулируемой частотой вращения мощностью 19,75 МВт. Синхропреобразователи облегчают запуск и регулирование скорости двух гребных электродвигателей.

 

Несколько других эксплуатационных факторов также повлияли на решение TOTE установить дизель-электрические системы. На этапе проектирования кораблей TOTE корабельные архитекторы определили, что использование дизель-электрических двигателей со среднеоборотными двигателями малой высоты позволит уменьшить высоту машинного отделения.Поскольку машинное отделение не будет проходить через вторую палубу, движение груза на этом уровне будет открыто, что позволит свободно перемещаться с одной стороны корабля на другую. В результате повысилась эффективность грузовых операций.

 

TOTE «действительно беспокоился о надежности и избыточности», отчасти потому, что на маршруте Такома-Анкоридж не было порта-убежища. «Несколько дизельных двигателей, генераторов и электродвигателей дизель-электрической системы обеспечивали невероятную избыточность», — пояснил Бойлстон.

 

Имея два корабля вместо трех, важно было сократить или исключить простои на ремонт двигателей. «Обычные рейсы должны были длиться 66 часов в одну сторону с восемью часами в порту.

 

Не было времени провести 24 часа в порту для замены вкладышей в тихоходном дизеле. В дизель-электрических машинных отделениях было установлено все необходимое оборудование для поддержания среднеоборотных дизелей в рабочем состоянии. Двигатель можно отключить, снять головки и заменить вкладыши.Сейчас они установили целый комплект двигателей на каждый корабль, так что концепция подтвердилась», — сказал Бойлстон.

 

Преимущества дизель-электрической силовой установки все чаще используются на крупных судах, где важными эксплуатационными факторами являются надежность, экономия топлива и тщательный контроль за выбросами. Круизные лайнеры уже давно осознали преимущества из-за их больших электрических нагрузок в отелях, различных скоростей во время круиза и длительных стоянок в порту, часто в экологически чувствительных районах.

 

Принятие ВМС США интегрированных силовых установок с электроприводом для надводных кораблей было подтверждено 689-футовыми сухогрузными кораблями и кораблями снабжения боеприпасами класса T-AKE, строящимися Nassco. Эти корабли могут перевозить 7000 тонн сухих грузов и боеприпасов и 23 500 баррелей судового дизельного топлива.

 

Стремление BP Shipping к «экологически чистому» строительству и эксплуатации танкеров включало выбор дизель-электрической силовой установки для танкеров класса Alaska дедвейтом 185 000 тонн, построенных Nassco.На кораблях установлены четыре среднеоборотных дизеля MAN Diesel 6L48/60 мощностью 6,3 МВт и электросистема Alstom 6,6 кв с двумя синхронными реверсивными электродвигателями с регулируемой частотой вращения мощностью 10,0 МВт при 85 об/мин. Силовые установки расположены в двух отдельных машинных отделениях. В заявлении BP Shipping поясняется: «Дизель-электрическая силовая установка была выбрана потому, что она значительно повышает надежность и снижает выбросы в атмосферу и время простоя на техническое обслуживание».

 

В проектах трех новых 617-футовых танкеров Jones Act компании AHL Shipping Co. с водоизмещением 330 000 баррелей указана дизель-электрическая двигательная установка с современной технологией преобразователя с широтно-импульсной модуляцией среднего напряжения и два асинхронных двигателя. оценивается в 4.по 65 МВт каждый. Строительство судов еще не началось.

 

Боб Сэлмон, генеральный менеджер Shell Shipping, которая будет эксплуатировать суда, сказал, что дизель-электрическая силовая установка повысит эффективность судов и сократит выбросы.

Alaskan Frontier был доставлен в 2004 году компанией Nassco компании BP Oil Shipping Co. USA. На 941-футовом танкере дедвейтом 185 000 тонн установлены четыре дизеля MAN мощностью 6,3 МВт каждый. (Предоставлено Nassco)

Улучшенные конструкции PSV

 

В дизель-электрической конструкции дизельные двигатели и связанные с ними генераторы могут быть расположены вдали от электродвигателей, которые они приводят в действие.Это означает, что дизели и генераторы могут быть расположены в любом месте по выбору судостроителя. Эта гибкость позволяет разработчикам разрабатывать гораздо более эффективные компоновки по сравнению с прямыми механическими приводами.

 

Кох из Guido Perla & Associates отметил: «Традиционные длинные линии валов давали два варианта: разместить машинное отделение в кормовой части, чтобы длинные валы не проходили через грузовую зону и зону бака, или пожертвовать грузовым пространством, пропустив валы через эти зоны. . Дизель-электрический вариант дает возможность разместить оборудование практически в любом месте.

 

«С дизель-электрической силовой установкой ряд наших проектов PSV (судно поддержки платформ) имеет машинное отделение, расположенное над главной палубой, что обеспечивает очень просторные грузовые помещения, и танкерность, безусловно, имеет свои преимущества для владельцев».

 

190-футовые суда PSV класса GPA 654, спроектированные Guido Perla & Associates для Rigdon Marine, строятся на верфи Bollinger Shipyards в Локпорте, штат Миссисипи. Эти суда включают в себя новейшие дизель-электрические технологии и применимые конструкции кораблей.По словам Коха, поскольку машинное отделение, классифицируемое как автоматизированное машинное отделение, расположено чуть выше главной палубы, у судов есть огромное пространство для хранения под палубой.

 

Дизель-электрическая двигательная установка GPA 654 состоит из двух азимутальных и одного фиксированного Steerprop SP 10 L-Drives с тяговыми двигателями General Electric 752 и двух носовых подруливающих устройств мощностью 560 кВт с фиксированным шагом для маневрирования. Электроэнергия вырабатывается двумя дизель-генераторными установками Cummins KTA50DM мощностью 1235 кВт каждая и одной дизель-генераторной установкой Cummins KTA19DM мощностью 435 кВт.

 

«Это дает им большую гибкость с точки зрения управления питанием, — сказал Кох. «Когда суда стоят на стоянке и используют электроэнергию в основном не для движения, а для удержания на стоянке, значительные мощности по выработке электроэнергии доступны для других целей, таких как выгрузка груза. В прошлом с традиционными силовыми установками с длинным валом для больших насосов или больших компрессоров требовались специальные дизельные генераторы. Дизель-электрический двигатель имеет достаточную мощность, когда он не используется для движения.Благодаря дизель-электрической мощности GPA 654 более крупные насосы PSV могут перемещать груз с большей скоростью и с более высоким напором нагнетания. В случае PSV эффективность судов зависит не только от того, насколько быстро они добираются туда, но и от того, насколько быстро они могут выполнять свою работу».

 

При проектировании и эксплуатации современных судов все больше внимания уделяется сокращению эксплуатационных расходов за счет повышения эффективности использования топлива двигателем и сокращения выбросов дымовых газов. Экологические стандарты продолжают ужесточаться.

 

Способность усовершенствованных дизель-электрических систем управления согласовывать выходную электрическую мощность с меняющимися потребностями в электроэнергии является важным элементом общей производительности электрической системы.Технологии электрооборудования неуклонно развиваются, например, развивающиеся решения Converteam для электродвигателей с асинхронными двигателями с высокой плотностью крутящего момента, улучшенными преобразователями и усовершенствованными цифровыми средствами управления двигателем.

 

Одной из основных эксплуатационных задач дизель-электрических систем является точное согласование фактической выработки электроэнергии с меняющимися потребностями судовых систем в электроэнергии при работе любого работающего дизельного двигателя на уровне их максимальной производительности. Производители дизельных двигателей, такие как MAN Diesel, осознали, что большие колебания электрических нагрузок могут привести к тому, что «по крайней мере одна генераторная установка всегда будет работать с частичной нагрузкой.«Новейшие технологии дизельных двигателей, такие как впрыск топлива с общей топливной рампой, методы впрыска воды или усовершенствованные турбонагнетатели, предназначены для обеспечения оптимизированных характеристик среднеоборотных дизельных двигателей и снижения выбросов во всем диапазоне нагрузок.

 

То, что когда-то считалось недостатками дизель-электрической силовой установки — более высокая стоимость и большая техническая сложность — постепенно преодолевается.

 

«Как и в любой новой технологии, по мере ее распространения многие недостатки сводятся к минимуму.Сейчас мы приближаемся к этому моменту», — сказал Кох.

Оптимизация конфигурации системы дизель-электрических машин в концептуальном проекте корабля

В этом разделе мы представляем допущения и определения для формулировки математической модели оптимизации и методов измерения четырех ключевых факторов эффективности нашей задачи по минимизации затрат. Это инвестиционные затраты, затраты на топливо, налоги на выбросы NO X и ограничения по площади в машинном отделении. Раздел 2.1 представлены рабочие профили корабля, а ограничения по площади обсуждаются в разд. 2.2. В разделе 2.3 описывается метод расчета верхнего предела количества двигателей, который следует учитывать при оценке однородной конфигурации, т. е. когда все двигатели относятся к одной модели двигателя. Расходы на топливо и налоги NO X определены в разд. 2,4 и 2,5 соответственно.

Эксплуатационные профили

Срок службы судна может быть определен как набор эксплуатационных профилей, где эксплуатационный профиль может быть определен как набор эксплуатационных состояний, например транзит, погрузка и резерв, которые являются типичными эксплуатационными состояниями для морское судно снабжения [2, 16].Каждое рабочее состояние определяется потребностью в мощности и продолжительностью. Поскольку мы оцениваем затраты на топливо и налоги на выбросы NO X в течение срока службы судна, необходимо учитывать все будущие рабочие профили и состояния. В зависимости от типа судна, бизнес-стратегии судовладельца и ситуации на рынке в течение этого времени могут быть большие различия в операционных профилях. В этой статье мы предполагаем, что операции корабля в течение его срока службы известны или могут быть достаточно хорошо оценены.

Далее мы связываем период времени t с рабочим профилем и определяем T для представления набора периодов времени.Далее, пусть различные оперативные состояния, в которых может находиться корабль, представлены набором O , пронумерованным одним индексом o . Для каждого периода времени t судно может пройти подмножество эксплуатационных состояний O т , каждое описано по времени в состоянии, T или и потребляемая мощность, P Д от .На рисунке 1 показаны время жизни, период времени и структура рабочего состояния. Показанные периоды времени взяты из \( t = 1, \ldots , m \) и рабочие состояния из \( o = 1, \ldots ,n \). Гистограмма представляет потребности во времени и мощности для каждого рабочего состояния в период времени T 1 , например, потребность в мощности 2500 кВт в период времени T 1 и рабочее состояние O 1 , именуемый Транзит .{D} \), определяется как мощность, требуемая от двигателей. Это означает, что любые потери эффективности при передаче мощности, т.е. от вала, гребного винта или корпуса, уже учтены. Это относится также к запасу по морю , который используется проектировщиками, строителями и владельцами судов для представления дополнительного запаса при оценке отношения скорости к мощности.

Ограничения по площади

Мы предполагаем, что конструкция корпуса известна, и в машинном отделении есть место для двигателей.{V} \). Нарушение ограничения площади влечет за собой штрафную стоимость, пропорциональную потерянному пространству. Эти затраты могут быть отнесены на счет упущенной выгоды из-за уменьшения грузоподъемности и/или затрат на модернизацию машинного отделения.

Конфигурации

Исследования существующих машинных систем DE на морских судах показывают системы, сконфигурированные с несколькими двигателями, но, как правило, с одной, иногда с двумя разными уникальными моделями двигателей, и где все двигатели производятся одним и тем же производителем [17, 18].Один производитель двигателей является преимуществом в отношении сложности и разнообразия подсистем, а также может оказать положительное влияние на снижение капиталовложений и затрат на техническое обслуживание.

В машинной системе DE мощность, вырабатываемая двигателем, может использоваться любым потребителем, когда двигатели работают в одной энергосистеме. Для того, чтобы это стало реальностью, необходимо, чтобы шинопроводы, используемые для разделения электрических сетей, были разомкнуты. Мы считаем шинные соединения открытыми, что позволяет нам уменьшить логику соединения физических компонентов, касающуюся передачи мощности от производителя к потребителю, которая, например, появляется в обычной системе машин с прямым приводом с валогенератором и вспомогательными двигателями.

На основании ограничений площади (включая максимально допустимое нарушение) в машинном отделении и требований к рабочей мощности мы можем рассчитать верхний предел того, сколько двигателей каждой модели двигателя необходимо будет установить в одной конфигурации.{R} \) номинальная мощность каждой модели двигателя e .

Первый член уравнения. 1 ограничивает количество двигателей ограничениями по площади, тогда как второе слагаемое основано на требованиях класса по резервированию ДП, допускающих отказ одного двигателя в наиболее требовательном рабочем состоянии. Параметр, представляющий занимаемую площадь на двигатель, должен включать коэффициент, учитывающий дополнительное необходимое пространство вокруг двигателей (для доступа, соединений труб и т. д.). Если два члена в уравнении 1 отличается расчетным значением минимум из двух определяет размер подмножества J и .

Затраты на топливо

Чтобы рассчитать чистую приведенную стоимость затрат на топливо за весь срок службы судна, нам необходимо рассмотреть работу каждого двигателя, учитывая нагрузку на каждый двигатель в каждом рабочем состоянии. Далее мы ссылаемся на распределение нагрузки как на схему того, как каждый двигатель в конфигурации нагружается, чтобы удовлетворить потребность в мощности в заданном рабочем состоянии.{SFOC} \) соответственно.{2} + C_{e} \beta_{eot} + D_{e} , $$

(3)

где параметры \( A_{e} , B_{e} , C_{e} \) и D и представляют константы кривой для конкретного двигателя.

Два примера, иллюстрирующие связь между sfoc и нагрузкой двигателя, представлены на рис. 2, где сплошные кривые иллюстрируют кривые sfoc для двух дизельных двигателей номинальной мощностью 455 и 645 кВт соответственно.Как видно, работа двигателя при низких нагрузках обычно приводит к более высокому sfoc , чем работа в пределах оптимального рабочего интервала двигателя, который обычно составляет от 70 до 90 % нагрузки.

Рис. 2

Удельный расход мазута и производительность 7

При объединении уравнений. 2 и 3 мы видим, что расход топлива, f эот , будет в степени четыре по отношению к нагрузке двигателя, β эот .Далее мы ссылаемся на умножение на . SFOC eot и β эот из уравнения. 2 как удельные характеристики мазута ( sfop ). На рис. 2. Кривые sfop для двух дизельных двигателей показаны пунктирными линиями. Обе кривые выглядят близкими к линейным. Если интерпретировать кривую sfop как линейную, выражение расхода топлива можно упростить, а математическую формулировку линеаризовать.

Формы кривых sfoc и sfop типичны для большинства двигателей. Мы сгруппировали исследуемые двигатели на основе их номинальной мощности и группового интервала 1000 кВт. Для каждой группы мы рассчитали средние кривые sfoc и sfop , а также линейную аппроксимацию средней кривой sfop . Сравнение с уникальными кривыми конкретных двигателей показало, что для диапазонов мощности более 60 % линейная аппроксимированная кривая среднего значения sfop отклонялась от -1.от 75 до 0,7 %. Для нагрузок менее 60 % было показано, что линейная аппроксимированная средняя кривая sfop занижает кривые, характерные для двигателя, с 2 % до 30 %.

Было подтверждено, что самые серьезные ошибки были локализованы при одинаковых малых нагрузках после того, как мы рассчитали и изучили линейную аппроксимацию для каждого уникального двигателя в отдельности. Одна из лучших оценок была получена для двигателя мощностью 645 кВт, см. левый график на рис. 3. Наихудшая оценка, недооценка на 44 %, была получена для двигателя мощностью 455 кВт, см. правый график на рис.3. Ошибка представлена ​​на правой оси и пунктирной кривой. Имейте в виду, что значения осей не совпадают между двумя фигурами.

Рис. 3

Удельные топливные характеристики, линейная аппроксимация и процентная погрешность, слева направо двигателей номинальной мощностью 645 и 455 кВт соответственно. 7

Линейная аппроксимация была бы достаточной при небольших операциях с низкой нагрузкой или без них. Тем не менее, операции с низкой нагрузкой являются обычным явлением, и поэтому нам требуется более точное приближение, чтобы избежать слишком низкой оценки стоимости топлива.Таким образом, для повышения точности мы аппроксимируем специфичные для двигателя sfop кусочно-линейными функциями. Это можно сделать, поскольку уравнение 2 удовлетворяет требованию разделимости функции быть выраженным как сумма функций одного значения [19]. Здесь каждый член является функцией нагрузки двигателя. Наша задача не является выпуклой и для получения глобального, а не только локального оптимума используется специальное упорядоченное множество типа 2 (sos2). Метод sos2 ​​вводит набор W весовых переменных, которые могут принимать значения от нуля до единицы.{F} \), где γ и представляют нагрузку, а S Ф и представляют собой значение sfop соответственно. В методе sos2 ​​не более двух весовых переменных могут быть ненулевыми, и эти две должны быть соседними. Эти переменные представляют собой расстояние между соответствующими постоянными значениями весов и линейными аппроксимированными значениями нагрузки двигателя и sfop между этими двумя точками.

Рис. 4

Иллюстрация специально заказанного комплекта типа 2 9

Ошибка оценки sfop будет зависеть от количества весов в сетке. Насколько точной должна быть сетка, зависит от исходной кривой sfop каждого отдельного двигателя. Пунктирная линия на рис. 4 иллюстрирует недооценку по обобщенной кривой и значение sfop , найденное с помощью метода sos2.

Теперь мы определили, как оценить удельную топливную экономичность двигателя в зависимости от нагрузки на двигатель, и представили формулу для расчета расхода топлива.Затраты на топливо можно найти, умножив расход топлива на цену топлива. Здесь предполагается, что цена на топливо известна для каждого рассматриваемого периода времени и рабочего состояния. Кроме того, цена на топливо зависит от региона, поскольку виды топлива, одобренные SECA, представляют собой дистилляты и являются более дорогими, чем топливо, обычно используемое за пределами SECA. Таким образом, если рабочее состояние выполняется как внутри, так и вне SECA, мы разделяем состояние на две части. Например, если рабочее состояние Транзит осуществляется в обеих областях, мы определяем два состояния Транзит и Транзит SECA , оба с одинаковым потреблением энергии, но с соответствующим временем для области.Это позволяет рассматривать переключение между топливом внутри и вне ЗКВ, что актуально, поскольку типы топлива для работы в ЗКВ ограничены верхним пределом содержания серы [14]. Типы топлива с низким содержанием серы, как правило, дороже, чем неперегнанные виды топлива. Таким образом, замена топлива может быть экономически выгодной. Чтобы рассчитать чистую текущую стоимость, мы используем годовую ставку дисконтирования, чтобы определить стоимость топлива для будущих операций.

NO

X налоги на выбросы

Региональные, национальные и зависящие от эксплуатации налоги NO X могут увеличивать эксплуатационные расходы судна.В норвежских водах существует налог NO X в размере примерно 965 долларов США за тонну выброса. Применяется ли налог NO X , зависит от типа судна, портов отправления, перехода и назначения, а также от типа рабочего состояния [10].

Существует тесная связь между температурой двигателя, соотношением топливо/воздух и выбросами NO X , следовательно, выброс NO X обычно рассчитывается как функция пиковых температур сгорания и концентрации кислорода или зависит только от соотношения воздух/топливо [20–22].Норвежское морское управление предлагает два варианта расчета налога NO X , оба основаны на конкретных эквивалентах NO X (г NO X / г сожженного топлива). Первый метод определения эквивалента № X основан на сертификате EIAPP и Техническом файле № X двигателя, тогда как второй использует бортовые измерения, одобренные Норвежским морским управлением. Норвежское морское управление не одобряет прямое измерение выбросов из-за отсутствия международных руководств и стандартов на оборудование для непрерывных бортовых измерений NO X [23].

Далее мы ссылаемся на конкретный эквивалент NO X как параметр snox и рассчитываем его с использованием данных EIAPP. Параметр находится путем деления snox (г/кВтч × 1000) на sfoc (г/кВтч), когда оба измеряются при 70 % нагрузке двигателя [10, 23]. Расчетный выброс NO X судна, следовательно, зависит от расхода топлива. Чтобы найти затраты, мы умножаем на данный налог и предполагаем, что уровень налога в течение срока службы корабля известен заранее.Для учета чистой приведенной стоимости используется та же процедура, что и для расходов на топливо.

Электрическая силовая установка на судах

Судоходная отрасль прошла долгий путь в том, что касается НИОКР по снижению затрат на двигательную установку без увеличения загрязнения морской среды. Обычная силовая установка корабля эффективна, но требует больших эксплуатационных расходов и увеличивает загрязнение морской среды. Среди всех перспективных альтернативных источников энергии электрическая силовая установка является одной из наиболее опробованных на сегодняшний день альтернатив.

Электрическая силовая установка

Понимание системы

Электрическая силовая установка состоит из первичного двигателя, который может быть двух типов:

Обе системы меньше загрязняют окружающую среду по сравнению с обычной морской силовой установкой, в которой используется мазут.

Гребной вал корабля соединен с большими двигателями, которые могут работать от постоянного или переменного тока и известны как гребные двигатели. Питание для гребного двигателя обеспечивается судовым генератором и первичным двигателем.

Кредиты: yanmar.com

Устройство или работа

Генератор может быть постоянного или переменного тока с дизельным или паровым первичным двигателем, в зависимости от требований или потребностей владельца/судна.

В электрической двигательной установке направление вращения гребного винта определяется либо электрическим управлением самого двигателя, либо изменением электропитания.

Электродвигатель с регулируемой частотой вращения обычно используется для гребных винтов с фиксированным шагом, а постоянная или переменная скорость может использоваться для гребных винтов с изменяемым шагом или CPP.

Кредиты: nauticexpo.com

Применение

Обычно электрическая силовая установка используется на небольших судах, но в настоящее время судоходные компании применяют эту систему и для больших грузовых судов.

Как правило, электрическая силовая установка устанавливается в

Вы также можете прочитать: Что такое альтернативная морская энергия (AMP) или холодная глажка

Каталожные номера:

Книга по технологии Marine Electro, написанная Х.Д. Макджордж

Теги: морские силовые установки

JMSE | Бесплатный полнотекстовый | Оптимизация дизель-электрической системы движения и выработки электроэнергии с использованием генетического алгоритма

1.Введение

Традиционные силовые установки судов в основном основаны на тепловых двигателях, таких как дизельные двигатели [1,2] или газовые турбины [3], механически соединенных с гребными винтами фиксированного или регулируемого шага, в большинстве случаев через редуктор. Такая компоновка силовой установки имеет ряд явных преимуществ, например, она основана на простых и хорошо отработанных технологиях [4], обеспечивающих надежность и безопасность. При этом он опирается на небольшое количество эффективных преобразований энергии, обеспечивая относительно высокий общий КПД движителя при работе в расчетных условиях [5,6].Последнее делает традиционную силовую установку наиболее подходящим выбором для тех морских единиц, характеризующихся относительно узкими рабочими профилями, т. Е. Для тех кораблей, которые большую часть времени движутся с расчетной скоростью. Комбинированные пропульсивные установки [7, 8, 9, 10] в сочетании с винтами регулируемого шага могут соответствовать эксплуатационным требованиям кораблей, которым требуются более гибкие профили, например, паромы, движущиеся с разной скоростью в зимнее или летнее время года, или для кораблей ВМФ. В последние десятилетия дизель-электрические силовые установки [11,12] стали хорошим конкурентом судовым силовым установкам, принося некоторые дополнительные преимущества в эксплуатационной гибкости и уменьшении выбросов [13].Этот тип двигательной установки имеет некоторые недостатки из-за дополнительных преобразований энергии, влияющих на общий КПД при максимальной скорости [14].

С другой стороны, преимущества гибкости компоновки очевидны. Нет необходимости в установке валопровода и редуктора, что позволяет более эффективно размещать машины в доступном пространстве, уменьшая акустическую сигнатуру судна и шумовое излучение. Кроме того, отсутствует механическая связь между генератором мощности и гребным валом, что позволяет более гибко управлять скоростью вращения двигателей и гребных винтов.В конце концов, потребность в электроэнергии может быть распределена между дизельными генераторами (D/G) с большей степенью свободы, безопасностью и эксплуатационной готовностью корабля, а также резервированием оборудования. Эти аспекты подтолкнули судостроителей к рассмотрению дизель-электрических силовых установок для пассажирских судов, кораблей ВМФ и различных специальных подразделений.

Возможность поддерживать D/G в оптимальных рабочих условиях делает дизель-электрическую силовую установку эффективным решением для соблюдения строгих норм загрязнения окружающей среды, введенных в действие в настоящее время Международной морской организацией (IMO) [15,16].Другими словами, дизель-электрическая двигательная установка является одним из современных ответов на проектирование энергоэффективных и экологически чистых судов [17]. Дизель-электрическая двигательная установка также все больше и больше устанавливается на яхты и прогулочные суда, с постоянным увеличением новых дизель-электрических конструкций [18,19]. Это также связано с улучшенным экологическим сознанием [20], большим комфортом, который допускает гибкая дизель-электрическая двигательная установка с точки зрения шума и вибраций во время навигации [21], и потенциалом экономии топлива [22].Значительное повышение эффективности дизель-электрических силовых установок связано с недавним внедрением генераторов с переменной скоростью вращения [23], позволяющих дизельным двигателям работать в условиях оптимальной эффективности. Этот тип логики управления двигателем связан с распределением постоянного тока (DC), чтобы не ограничивать генераторы переменного тока для производства энергии с фиксированной частотой распределения, в отличие от распределения переменного тока (AC) [24,25,26].

Гибкость эксплуатации и компоновки дизель-электрических силовых установок обеспечивает много степеней свободы на этапе проектирования по сравнению с традиционными силовыми установками.Однако воспользоваться преимуществами этих степеней свободы на этапе проектирования непросто; традиционные подходы обычно сокращают количество вариантов дизайна для рассмотрения, сравнения и оценки до управляемого числа. Применение более продвинутых вычислительных подходов позволяет рассматривать и сравнивать нетрадиционные компоновки систем на этапе проектирования, а также выбирать наиболее перспективные решения и сравнивать их на этапе уточнения.

Цель этой статьи состоит в том, чтобы представить метод оптимального проектирования дизель-электрических силовых установок судов, основанный на параметрическом моделировании компоновки и характеристик системы, который оптимизируется с использованием генетического алгоритма [27,28].По сравнению с другими алгоритмами локальной минимизации [29] генетический алгоритм обладает интересными особенностями, подходящими для представленного приложения: он позволяет эффективно работать с категориальными или целочисленными переменными и недифференцируемыми функциями стоимости, так как не требует вычисления производных, и это алгоритм глобальной оптимизации, поэтому маловероятно, что он попадет в локальные минимумы функции стоимости. По этой причине генетические алгоритмы находят различные применения во многих промышленных областях, когда требуется иметь дело с выбором нескольких переменных, влияющих на одну сложную систему.Примерами являются выбор оптимальных рабочих параметров дизельного двигателя [30], выбор параметров комбинированного цикла [31] или оптимальное размещение фотоэлектрических систем для максимизации производительности электрической микросети [32]. Оптимизация конструкции геотермальной установки, показанная в [33], особенно актуальна для настоящей работы, поскольку она выполняет двухэтапную оптимизацию, отделяя этап проектирования от расчета оптимальных рабочих параметров. Кроме того, соответствующие приложения ко многим аспектам проектирования судов можно найти в [34,35,36].

В представленном приложении алгоритм используется для выбора оптимального типа, количества и расчетных условий работы дизель-генераторов для минимизации расхода топлива двигательной установки на расчетной скорости. Кроме того, такой же подход используется для выбора оптимального режима работы станции и распределения нагрузки между генераторами в нерасчетных условиях.

Метод проектирования применяется к конкретному случаю прогулочного судна, выбирая оптимальную компоновку силовой установки с использованием данных различных судовых дизельных двигателей: сначала делаются некоторые предположения о компоновке системы, затем функция стоимости и ограничения формализуются на основе теории силовой установки судна [ 37].Предлагаемый метод используется для выбора оптимальных компоновок в двух конфигурациях, характеризующихся дизель-генераторами с регулируемой и постоянной скоростью, соединенными с распределительными сетями постоянного и переменного тока соответственно при одинаковой расчетной скорости. Далее рассчитывается оптимальное распределение нагрузки на движитель в нерасчетных условиях, т. е. при более низких скоростях. Результаты сравниваются и критически обсуждаются как в проектных, так и в непроектных условиях, чтобы показать потенциал предлагаемого подхода.

2. Схемы дизель-электрической силовой установки

В предлагаемом подходе дизель-электрическая система рассматривается для выработки электроэнергии и движения.Три основных аспекта, которые необходимо учитывать при рассмотрении дизель-электрической системы в качестве кандидата на судовую тягу: вопрос;

  • Эксплуатационная гибкость может быть преимуществом для тех типов судов, которые имеют очень разные рабочие профили, характеризующиеся, например, очень разными скоростями судов;

  • Гибкость компоновки может пригодиться при рассмотрении вопроса о судне с ограниченным пространством на борту или когда критерием проектирования является низкий уровень шума.

  • Суда, которые соответствуют описанным выше требованиям и поэтому обычно приводятся в движение дизель-электрическими системами, это, например, пассажирские или круизные суда, а также некоторые военные корабли или прогулочные суда.

    На рис. 1 представлены две альтернативные схемы дизель-электрической установки, рассмотренные в данном исследовании. На рис. 1а представлена ​​типичная дизель-электрическая двигательная установка с сетью распределения электроэнергии переменного тока: дизельные двигатели вырабатывают переменный ток через генераторы переменного тока и подключены к сети переменного тока с постоянным напряжением и частотой.Как следствие, дизельные двигатели должны работать с постоянной частотой вращения, чтобы поддерживать частоту сети. На рис. 1b показана альтернативная схема с использованием распределительной сети постоянного тока (DC-link): для этого подхода требуется несколько преобразователей постоянного тока в переменный и переменный/постоянный ток с соответствующими потерями энергии, но он имеет некоторые преимущества. Поскольку частота не имеет значения, управление D/G сосредоточено только на напряжении, и дизель-генераторы могут работать в оптимальных рабочих условиях при частичных нагрузках. Кроме того, на распределение постоянного тока не влияет большинство основных типичных проблем переменного тока, таких как потери реактивного тока или гармонические искажения [24].

    Стандартная компоновка дизель-электрического генератора и силовой установки судов включает несколько дизельных двигателей одинакового размера, в основном для удобства конструкции и обслуживания, поскольку для одних и тех же двигателей используются одни и те же запасные части. В настоящем исследовании цель состоит в том, чтобы устранить это ограничение, позволив установке включать двигатели разных размеров, чтобы максимизировать эффективность установки в расчетных условиях.

    3. Оптимизация установки

    Целью данного исследования является выполнение проектирования силовой установки с использованием подхода оптимизации.Задача проектирования формулируется как задача оптимизации, для решения которой используется генетический алгоритм, т. е. для нахождения схемы минимального расхода топлива в расчетных условиях. На втором этапе тот же оптимизационный подход с небольшими изменениями применяется для определения оптимальной рабочей конфигурации (распределения нагрузки и рабочих точек двигателей) полученных компоновок в нерасчетных условиях, т. е. частичных нагрузках. Рассмотрены, спроектированы и сравнены два альтернативных типа установок: распределительные переменного и постоянного тока.В первом типе установок, представленном на рис. 1а, скорость вращения дизелей ограничивается частотой сети, а во втором (рис. 1б) дизели могут управляться с переменной скоростью.

    На этапе проектирования алгоритм может выбирать количество и тип дизельных двигателей, входящих в состав пропульсивной установки, выбирая между количеством (четыре в данном исследовании, но база данных может быть разумно расширена) дизельных двигателей различных размеров и особенности производительности.Более того, алгоритм выбирает оптимальную мощность каждого двигателя для архитектуры переменного тока и оптимальную мощность и скорость вращения для конфигураций постоянного тока. В обоих случаях гарантируется расчетная скорость корабля при минимальном расходе топлива.

    На внепроектном этапе двигательная установка уже выбрана: алгоритм может выбрать количество работающих двигателей и их рабочие точки (мощность и, если возможно, т.е. в конфигурации постоянного тока, скорость вращения), чтобы минимизировать расход топлива, обеспечивая при этом достаточную мощность для поддержания как требуемой запроектной скорости, так и гостиничной нагрузки.

    Итого:

    • Ожидается, что алгоритм выберет количество и тип дизельных двигателей для установки на борту;

    • Кроме того, ожидается, что алгоритм выберет выходную мощность каждого двигателя, если сеть распределена переменным током, выходная мощность и скорость вращения, если распределение является постоянным;

    • Выбранная схема решения должна минимизировать общий массовый расход топлива;

    • Выбранное решение должно обеспечивать достижение судном ожидаемой скорости;

    • Для визуального упрощения задачи предполагается, что двигатели одного типа работают в одинаковых условиях (мощность и частота вращения).

    Таким образом, можно сформулировать две альтернативные задачи, первая из которых описывает электростанцию ​​переменного тока с генераторами с регулируемой частотой вращения, а вторая описывает электростанцию ​​постоянного тока с генераторами с регулируемой скоростью. В следующих подразделах описываются все аспекты постановки задачи, от генетического кодирования, т. е. параметризации задачи, до настройки функции стоимости и ограничений на основе стационарного моделирования двигательной установки корабля.

    3.1. Генетическое кодирование
    Важным моментом при использовании генетического подхода для решения задач оптимизации является определение так называемого генетического кодирования. Пусть NDG будет количеством моделей дизельных генераторов, доступных в наборе данных, каждая с номером Ni, мощностью Pi и частотой вращения ni, а i={1,2,…,NDG} идентифицирует модель двигателя. Кодирование в случае двигателей с регулируемой частотой вращения принимает следующую форму: Аналогичным образом, генетическое кодирование решения в случае двигателей, управляемых с постоянной скоростью вращения с распределением переменного тока, выглядит следующим образом: где nides — номинальная частота вращения i-й модели двигателя.Полная электрическая мощность, обеспечиваемая при выборе решения X, выражается следующими соотношениями, соответственно, в случае распределения постоянного и переменного тока:

    Pel(X)=∑i=1NDGNiPiηgen,iηACDC,i

    (3)

    Pel(X)=∑i=1NDGNiPiηgen,i

    (4)

    где ηgen,i — КПД i-го генератора переменного тока, ηACDC,i — КПД i-го преобразователя AC/DC, установленного только с распределением постоянного тока.
    3.2. Функция стоимости
    Ранжирование решения после каждого поколения в генетическом алгоритме выполняется с использованием функции стоимости.В представленном приложении оптимизация направлена ​​на минимизацию общего массового расхода топлива электростанции; таким образом, должна быть минимизирована следующая функция:

    f(X=Ni,ni,Pi)=∑i=1NDGNiPiSFOCi(ni,Pi)

    (5)

    где SFOCi(n,P) представляет собой диаграмму нагрузки двигателя, обеспечивающую удельный расход топлива при заданной частоте вращения и мощности, реализованную в виде функции, например с использованием поверхности отклика, и единиц измерения в соответствующем соответствии.
    3.3. Ограничения
    Определение ограничений является ключевым моментом в представленном подходе для получения приемлемого результата. Во-первых, необходимо определить границы решений:

    {0,ni,min,Pi,min}≤{Ni,ni,Pi}≤{Ni,max,ni,max,Pi,max}

    (6)

    Количество двигателей для каждого типа должно быть неотрицательным и меньше максимального значения. Границы мощности и частоты вращения связаны с каждой из моделей двигателей. Обратите внимание, что эта структура может применяться как для расчетной, так и внепроектной оптимизации, устанавливая надлежащие границы максимального количества работающих двигателей, в то время как на этапе проектирования количество двигателей на борту должно быть определено от нуля до разумное максимальное значение, непроектная оптимизация направлена ​​на определение количества работающих двигателей в данном непроектном состоянии, между нулем и количеством двигателей на борту.

    Следующим шагом является формализация требуемой скорости в виде нелинейного ограничения. В частности, генерируемая мощность Pel должна быть достаточной для обеспечения скорости корабля V(X). Если имеется np гребных винтов, тяга T, необходимая для каждого гребного винта, определяется следующим уравнением: где Rt — сопротивление судна, а t — коэффициент снижения тяги. Мощность, необходимая для электродвигателей, описывается следующими уравнениями, относящимися к распределению постоянного и переменного тока, соответственно:

    PEPM=(1−w)VTηoηrηsηEPMηDCAC

    (8)

    PEPM=(1−w)VTηoηrηsηEPM

    (9)

    где w — доля кильватерного следа, etar и ηs — относительный КПД вращения и КПД механической передачи соответственно, ηo — КПД гребного винта на открытой воде, ηEPM и ηDCAC — КПД гребного электродвигателя и преобразователя постоянного тока в переменный соответственно. .Отметим, что t, w, etar зависят от скорости корабля, а ηo — от условий работы гребного винта [21].

    Обратите внимание, что:

    • Выбранная компоновка движителя такова, что скорость вращения гребного винта механически независима от двигателей, так как коробка передач отсутствует;

    • Гребной винт смоделирован с использованием диаграмм открытой воды и предполагается, что он имеет фиксированный шаг.

    Ограничение по скорости описывается следующим неравенством:

    Pel(X)≥npPEPM+Paux

    (10)

    где Paux — мощность, необходимая для удовлетворения вспомогательных услуг.Обратите внимание, что это должно быть ограничение равенства: мощность, выдаваемая системой генерации в условиях ее работы, должна мгновенно соответствовать мощности нагрузки. Однако неравенство необходимо, потому что некоторые переменные являются целыми числами, а решатель не может работать с целочисленными переменными и ограничениями равенства одновременно. Более того, может быть ограничена только нижняя граница мощности, поскольку более высокая мощность приводит к более высокому расходу топлива, а оптимизация, естественно, приведет к минимально возможной установленной мощности, позволяющей удовлетворить ограничение по скорости.
    3.4. Задача оптимизации
    Для определения оптимальной конфигурации силовой установки необходимо решить следующую задачу оптимизации, объединяющую уравнения (5), (6) и (10):

    min{Ni,ni,Pi}∑i=1NDGNiPiSFOCi(ni,Pi)s.t.:ni,min≤ni≤ni,maxPi,min≤Pi≤Pi,max(ni)Pel≥npPEPM+Paux

    (11)

    6. Выводы

    В данной статье представлена ​​процедура оптимизации, ориентированная на оптимальное проектирование дизель-электрической силовой установки судна. В частности, с помощью генетического алгоритма рассчитана оптимальная компоновка дизель-электрической двигательной установки, включающей дизель-генераторы различной мощности с сетью распределения переменного или постоянного тока.Затем тот же подход с небольшими вариациями применяется для поиска оптимальной стратегии распределения нагрузки в нескольких нестандартных условиях. Предлагаемый метод применяется к конкретному судну; в частности, рассматривается прогулочное судно. Сравнение подробно обсуждалось, включая исходные данные силовой установки в качестве ссылки.

    Распределение постоянного тока в сочетании с управлением генератором с регулируемой скоростью очень выгодно для судов, эксплуатационные требования которых очень требовательны с точки зрения гибкости.Регулирование скорости вращения дизельных двигателей с переменной частотой вращения позволяет системам постоянного тока поддерживать более стабильные значения SFOC в зависимости от скорости судна, поскольку рабочая точка двигателей может быть дополнительно оптимизирована по сравнению с подходом управления с постоянной скоростью вращения. В частности, дизель-электрические пропульсивные установки обеспечивают большую гибкость, а оптимальные проектные и непроектные конфигурации могут быть достигнуты путем численной оптимизации, что позволяет максимизировать эффективность пропульсивного действия во всем рабочем диапазоне скоростей судна.

    Численная оптимизация — это эффективный способ решения крайне недостаточно определенных проблем, таких как проектирование компоновки силовой установки или определение оптимального распределения нагрузки, и полученные результаты являются благоприятными. Предлагаемый подход удобен для проектировщиков силовых установок, позволяя им управлять большим количеством альтернативных вариантов и комбинаций за разумное время. При усложнении задачи исчерпывающий анализ методом перебора стандартными методами невозможен.

    Следует отметить, что предлагаемый подход основан на двух последовательных шагах: сначала определяется оптимальная компоновка для достижения проектной скорости при всех работающих двигателях, затем рассчитывается оптимальное распределение нагрузки в нерасчетных условиях с учетом двигательная установка, полученная на этапе проектирования. Предполагается, что в дальнейшем развитии предлагаемого подхода эти два шага будут объединены для расчета оптимальной конструкции силовой установки, соответствующей заданному рабочему профилю с двумя или более различными расчетными скоростями.

    дизель-электрическая силовая установка

    Укажите имя

    Требуется компания

    Требуется действующий адрес электронной почты.

    [Выбрать …] AFGHANISTANALBANIAALGERIAANDORRAANGOLAARGENTINAARMENIAAUSTRALIAAUSTRIAAZERBAIJANBAHRAINBANGLADESHBARBADOSBELARUSBELGIUMBELIZEBENINBERMUDABHUTANBOLIVIABOSNIA И HERZEGOVINABOTSWANABRAZILBRUNEI DARUSSALAMBULGARIABURKINA FASOBURUNDICAMBODIACAMEROONCANADACAPE VERDECENTRAL АФРИКАНСКИЙ REPUBLICCHADCHILECHINACOLOMBIACOMOROSCONGOCONGO ДЕМОКРАТИЧЕСКАЯ REPUBLICCOSTA RICACROATIACUBACYPRUSCZECH REPUBLICDENMARKDJIBOUTIDOMINICADOMINICAN REPUBLICECUADOREGYPTEL SALVADOREQUATORIAL GUINEAERITREAESTONIAETHIOPIAEUROPEFIJIFINLANDFRANCEFRENCH GUIANAFRENCH POLYNESIAGABONGAMBIAGEORGIAGERMANYGHANAGREECEGREENLANDGRENADAGUAMGUATEMALAGUINEAGUINEA-BISSAUGUYANAHAITIHOLY SEEHONDURASHONG KONGHUNGARYICELANDINDIAINDONESIAIRANIRAQIRELANDISRAELITALYIVORY COASTJAMAICAJAPANJORDANKAZAKHSTANKENYAKUWAITKYRGYZSTANLAOSLATVIALEBANONLESOTHOLIBERIALIBYAN АРАБСКИЕ JAMAHIRIYALIECHTENSTEINLITHUANIALUXEMBOURGMACAOMACEDONIAMADAGASCARMALAWIMALAYSIAMALDIVESMALIMALTAMAURITANIAMAURITIUSMEXICOMICRONESIAMOLDOVAMONACOMONGOLIAMONTENEGROMOROCC OMOZAMBIQUEMYANMAR BURMANAMIBIANEPALNETHERLANDSNEW CALEDONIANEW ZEALANDNICARAGUANIGERNIGERIANORTH KOREANORWAYOMANPAKISTANPALESTINEPANAMAPAPUA NEW GUINEAPARAGUAYPERUPHILIPPINESPOLANDPORTUGALPUERTO RICOQATARROMANIARUSSIAN FEDERATIONRWANDASAMOASAN MARINOSAO TOME И PRINCIPESAUDI ARABIASENEGALSERBIASEYCHELLESSIERRA LEONESINGAPORESLOVAKIASLOVENIASOMALIASOUTH AFRICASOUTH KOREASPAINSRI LANKASUDANSURINAMESWAZILANDSWEDENSWITZERLANDSYRIATAIWANTAJIKISTANTANZANIATHAILANDTIMOR-LESTETOGOTONGATRINIDAD И TOBAGOTUNISIATURKEYTURKMENISTANTUVALUUGANDAUKRAINEUNITED АРАБСКОГО EMIRATESUNITED KINGDOMUNITED STATESURUGUAYUZBEKISTANVANUATUVENEZUELAVIETNAMWESTERN SAHARAYEMENZAMBIAZIMBABWECountry требуется

    Требуется комментарий

    Я согласен получать коммерческие сообщения от Ingeteam
    Я прочитал и согласен с условиями конфиденциальности Ingeteam.

    * Вы должны принять условия конфиденциальности Ingeteam.

    Diesel Electric Services – Производство

    Год образования и предыстория основания:
    В очень молодом возрасте Кевин Дональдсон приобрел подразделение по продаже генераторов старой компании Meissner в 1993 году с особым соглашением, что в течение двух лет единственным Основное внимание будет уделено сервисному обслуживанию, техническому обслуживанию и ремонту систем дизель-генераторов. За это время компания Diesel Electric Services росла от силы к силе, которой руководил динамичный предприниматель, изначально специализирующийся на обслуживании, техническом обслуживании и ремонте, а затем перенимая полученные знания и опыт, чтобы внедрить их в производство полных дизель-генераторных систем.

    В настоящее время мы занимаем более 25 000 м2 рабочей площади. В настоящее время у нас есть два цеха по производству панелей общей площадью более 5 000 м2. Эти сборочные цеха полностью оборудованы для основных операций с листовым металлом, гибки шин и внутреннего программирования различных решений интерфейса управления, предлагаемых клиентам.

    Миссия компании, продукты и услуги:
    Diesel Electric Services является поставщиком решений в области электроснабжения «под ключ» и может повысить ценность, удерживая инфраструктуру электроснабжения клиентов под одной крышей.Это включает в себя проектирование, производство, поставку, механический и электрический монтаж, ввод в эксплуатацию, сервисное и техническое обслуживание, перемещение, удаленный мониторинг, обучение, ремонт, модификации и модернизацию.

    IEC/SANS 60439 – 61439
    Стандарты IEC/SANS 60439 требуют детального тестирования для подтверждения правильности расчетов. Это включает в себя опоры шин, расстояние между шинами, опоры стояков, повышение температуры, требования к вентиляции, опоры нейтральных шин и крепления шин заземления, что является наиболее важным.
    IEC / SANS 61439 позволяет проводить проверку без использования реальных разрушающих испытаний.
    Используя успешные результаты FTT/PTT из IEC/SANS 60439 в IEC/SANS 61439, мы смогли выполнить последовательность тестов, используя разрушающие тесты, охватываемые IEC/SANS 60439, в качестве процесса проверки, охватываемого IEC/SANS 61439.

    Текущие акционеры:
    Кевин Джон Дональдсон
    DES Сотрудники NPC

    Количество сотрудников:
    В настоящее время у нас работает 550 штатных сотрудников, разделенных на множество команд, которыми руководят компетентные руководители и менеджеры.Это обеспечивает первоклассный, быстрый и надежный ответ на любой возможный запрос или потребность клиента.
    В нашем сервисном отделе работает 71 выездной технический специалист, а также 22 сотрудника, которые полностью разбираются в работе с пастелью и составлении коммерческих предложений для оказания им административной помощи.

    Величайшее корпоративное достижение:
    Diesel Electric Services Величайшие корпоративные достижения отражены во многих историях успеха «под ключ» в отрасли резервного питания. Мы стремимся предоставлять профессиональные услуги как при реализации, так и после продажи наших решений.
    Мы с гордостью подтверждаем, что компания Diesel Electric Services получила аккредитацию CIDB 8EB, 8EP (электрическое оборудование) и 7ME (механическое оборудование), что свидетельствует о наших превосходных способностях работать в нашей отрасли.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.