ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА МОРСЬКА АКАДЕМІЯ
ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА МОРСЬКА АКАДЕМІЯ
Бендахман Букхалфа
УДК 629.436.12:621.313.332
ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ПЕРЕДАЧІ ПОТУЖНОСТІ ДО СУДНОВИХ ПІДРУЛЮЮЧИХ ПРИСТРОЇВ
Спеціальність 05.08.05 — Суднові енергетичні установки
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Одеса - 2002
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Одеській державній морській академії Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Радченко Анатолій Петрович, Одеська державна морська академія, завідувач кафедри “Основи суднової електроенергетики”
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Ханмамедов Сергій Альбертович, Одеська державна морська академія, завідувач кафедри “Суднові дизельні енергетичні установки та їх експлуатація”
кандидат технічних наук, Анфіногентов Валерій Васильович, Південний науково-дослідний і проектно-конструкторський інститут морського флоту, головний інженер
Провідна організація: Одеський національний морський університет ... Міністерства освіти та науки України, м. Одеса
Захист відбудеться 16.05. 2002 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .106.01 в Одеській державній морській академії за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 8.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці ОДМА. Відзиви у двох екземплярах, підписані і завірені печаткою організації, просимо направляти ученому секретарю спеціалізованої вченої ради за адресою академії.
Автореферат розіслано 14.05.2002 р.
Учений секретар спеціалізованої вченої ради Д .106.01, доктор технічних наук, професор І.В. Капітонов
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Суднові підрулюючі пристрої (СПП) зобов'язані забезпечувати керованість суден при їх малих швидкостях і відсутності ходу. Вони виконують функцію додаткового рушія на морських суднах різних типів (пасажирські, контейнеровози, буксири-рятувальники тощо).
Номінальна потужність СПП сягає 15потужності головного двигуна і 50потужності всіх працюючих суднових дизель-генераторів. Найбільше поширення одержали СПП з гвинтами регульованого кроку (ГРК) і асинхронними двигунами з короткозамкненими роторними обмотками (АДКЗ) потужністю до 2000 кВт. Оскільки потужність суднової електроенергетичної установки обмежена, то при усіх відомих способах пуску СПП виникають провали електричної напруги до 40від номінального значення. При цьому квазістаціонарні значення напруги відновлюються через 5...10 с, що негативно впливає на роботу автоматизованої енергетичної установки. При пусках СПП в первинних двигунах електричних генераторів виникають механічні і теплові перевантаження, що зменшує їхній моторесурс. Тому виникає необхідність у підвищенні ефективності передачі потужності до СПП.
Актуальність теми. Ефективність передачі потужності від суднових дизелів до ГРК СПП зменшується при пускових режимах і неномінальних навантаженнях. При цьому виникають теплові і механічні перевантаження дизель-генераторів, зменшуються коефіцієнт корисної дії (ккд), коефіцієнт потужності (cos j) і виникають аварійні ситуації.
Для підвищення ефективності передачі потужності до ГРК запропоновано використовувати окремий дизель-генератор для роботи СПП. Однак номінальна потужність СПП порівнянна з потужністю окремих суднових дизель-генераторів. Тому необхідні теоретичні й експериментальні дослідження зі зменшення впливу негативних ефектів на передачу потужності від окремого дизель-генератора до ГРК для пускових режимів і неномінальних навантажень СПП.
Задача підвищення ефективності передачі потужності до СПП є актуальною для сучасних суднових енергетичних установок.
Зв'язок роботи з науковими планами. Робота виконана відповідно до програми наукових досліджень ОДМА на 1995…2000 рр., затвердженої Головним управлінням науки Міністерства освіти і науки України по темі “Екологічно чисті, енерго-ресурсозберігаючі технології”.
Мета роботи і задачі дослідження.
Мета дисертаційної роботи — підвищення ефективності передачі потужності від суднового дизель-генератора до СПП для пускових умов і неномінальних навантажень.
Основні задачі, що визначаються сформульованою метою:
§ виявлення істотних ефектів, що зменшують ефективність передачі потужності від суднових дизелів до ГРК СПП;
§ розробка математичних моделей, що дозволяють кількісно оцінити вплив негативних ефектів на ефективність передачі потужності від дизеля до ГРК СПП;
§ узагальнення результатів комп'ютерного моделювання підвищення ефективності передачі потужності від дизеля до ГРК СПП для пускових умов і неномінальних навантажень;
§ експериментальне підтвердження підвищення ефективності передачі потужності від окремого дизель-генератора до ГРК СПП для пускових умов.
Об'єкт дослідження: процеси, що виникають під час передачі потужності від суднового дизеля до ГРК СПП.
Предмет дослідження: підвищення ефективності процесу передачі потужності від суднового дизеля до ГРК СПП для пускових режимів і неномінальних навантажень.
Методи дослідження: системний підхід, моделювання теплових та електромеханічних процесів і експериментальні дослідження.
Наукова новизна отриманих результатів:
§ ефективність передачі потужності від суднового дизеля до ГРК СПП істотно зменшується при пускових умовах і неномінальних навантаженнях;
§ подальший розвиток одержало математичне моделювання процесу передачі потужності від дизеля до ГРК СПП;
§ ефективність передачі потужності до СПП підвищується при використанні окремого суднового дизель-генератора;
§ підвищення ефективності передачі потужності від окремого дизель-генератора до СПП для пускових умов і неномінальних навантажень забезпечується вибором параметрів регулятора напруги синхронного генератора.
Практичне значення отриманих результатів:
У даній дисертаційній роботі отримані результати дозволяють:
§ розрахувати теплові потоки дизеля, миттєві значення пускових струмів, напруг, пускових моментів, витрати енергії в обмотках асинхронного двигуна, тривалість нестаціонарних станів, енергетичні показники асинхронного двигуна (ккд, cos ц);
§ забезпечити мінімальне навантаження первинного двигуна синхронного генератора при пускових умовах СПП шляхом максимально можливого збільшення коефіцієнта статизму, який забезпечується регулятором напруги синхронного генератора по зворотному зв'язку з його струмом, при мінімальному можливому значенні напруги синхронного генератора;
§ підвищити ефективність передачі потужності до СПП за рахунок зменшення перевантажень первинних двигунів, провалів напруги, кидків пускових струмів і моментів, електричних втрат, часу нестаціонарних станів і виключення впливу негативних ефектів на споживачів енергії.
Особистий внесок здобувача. У роботах, написаних у співавторстві, автору належать: [1], [2] — створення експериментальної установки й обробка результатів досліджень; [5] — розробка математичної моделі теплових потоків суднового дизель-генератора; [6] — розробка математичної моделі для частотного керованого пуску СПП; [7] — проведення теоретичних досліджень пуску СПП від окремого дизель-генератора: [8] — проведення математичного комп'ютерного моделювання пуску СПП; [9] — проведення теоретичних досліджень способів підвищення енергетичних показників під час пуску СПП.
Апробація результатів дисертації. Основні результати доповідалися і схвалені:
1. На щорічних конференціях професорсько-викладацького складу ОДМА (1997, 1998, 1999, 2000 рр.).
2. На науково-технічній конференції “Перспективні напрямки розвитку екології, економіки, енергетики” Одеса, 25-26 листопада 1998 р. (“Шляхи підвищення енергетичних показників суднової електростанції”).
Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 9 робіт, з них 8 — у науково-технічних збірниках ОДМА, ОНПУ й ОДМУ і 1 — у збірнику наукових статей ОДЦНТЕІ.
Структура й обсяг дисертації. Дисертація загальним обсягом 184 с., в тому числі 52 рис., 7 табл., складається з вступу, чотирьох розділів, основних висновків, списку літератури на 7 с. з 90 найменувань і чотирьох додатків.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У першому розділі представлені результати визначення ефективності передачі потужності до СПП. На рис. показані основні схеми передачі потужності до СПП.
Встановлено, що одним з сучасних шляхів підвищення ефективності передачі потужності до СПП є зменшення механічних і теплових перевантажень суднових дизель-генераторів при пускових умовах СПП. Для зменшення впливу негативних ефектів пуск СПП здійснюється за допомогою спеціальних пускових пристроїв (трансформатор, автотрансформатор, перемикання обмоток статора асинхронного двигуна СПП з “зірки” на “трикутник”, перетворювач напруги і частоти). Однак ці пускові пристрої, як правило, не використовуються для інших потреб суднової енергетичної установки.
Рис. . Основні схеми передачі потужності до СПП.
При передачі потужності до СПП від головного двигуна для стаціонарних умов спостерігається ряд негативних ефектів (підвищення вібрації, коливання частоти обертання головного двигуна тощо). Тому цей спосіб передачі потужності до СПП заборонено багатьма судноплавними компаніями.
При передачі потужності від паралельно працюючих дизель-генераторів до ГРК СПП при пусках виникають провали напруги, які відновлюються через 5...10 с. до номінальних значень, що негативно впливає на роботу суднової електроенергетичної установки. При цьому на морських суднах часто спостерігається знеструмлення. При неномінальних навантаженнях СПП зменшується їх ккд, а також cos j його електроприводу.
Вплив негативних ефектів при передачі потужності до СПП можна зменшити шляхом використання окремого дизель-генератора. Це не вимагає додаткових пускових пристроїв для пускових режимів СПП. Однак, номінальна потужність СПП порівнянна з потужністю окремих дизель-генераторів. При пускових режимах СПП навантаження на валу асинхронного двигуна становить 20від номінального при нульовому положенні лопатей ГРК. Тому необхідно обґрунтування використання окремого дизель-генератора для роботи СПП. При цьому головним є вивчення впливу пуску СПП на первинний двигун синхронного генератора і вибір параметрів регулятора напруги.
Узагальнення відомих результатів показало, що при пусках СПП з асинхронними двигунами необхідно розрізняти три стадії навантаження дизеля. На першій стадії зміни ефективного моменту Me близькі до лінійної залежності
,
де v — швидкість зміни ефективного моменту; t — час.
Це можливо внаслідок того, що при первісному зростанні подачі палива малими темпами, індикаторний момент росте інтенсивніше через велике значення коефіцієнта надлишку повітря б. Потім інтенсивність росту індикаторного ккд (зi) стає меншою, ніж інтенсивність відносного значення руху рейки паливного насоса (z), тому що a стає малим. При виході рейки паливного насоса на упор максимальна подача палива визначається експериментальним шляхом. Тому
,
де t1 — час виходу рейки на упор, коли z=zmax; .
На першій стадії вплив об'ємів газоповітряних трактів відносно малий. На цій стадії зміною частоти обертання турбокомпресора (nтк) можна знехтувати. Результати вимірів при положенні рейки паливного насоса на упорі дозволяють визначити
де — відносні ефективні моменти дизеля та турбокомпресора;
— відносна частота обертання турбокомпресора;
j — відносне відхилення частоти обертання дизеля.
Тому на першій стадії використовують рівняння
,
де ;
t = t1;
Ta — постійна часу дизель-генератора;
ц — відносне відхилення частоти обертання дизеля;
bг — постійний коефіцієнт;
— постійна часу вздовж подовжньої осі генератора.
Для другої стадії навантаження дизель-генератора
,
,
де t — починається з нуля;
;
j = j(t1);
f1, f2 — визначається експериментальним шляхом для t* = t – t1 ;
Tтк — постійна часу турбокомпресора.
Для третьої стадії можна використовувати рівняння
де — тангенс кута нахилу функції на ділянці від до при ;
визначається при ;
j = j2;
Ці результати значно спрощують розв'язання задач роботи згідно з її метою, які наведено у першому розділі.
У другому розділі представлені результати математичного моделювання процесу передачі потужності до суднових підрулюючих пристроїв від окремого дизель-генератора.
Розроблено нову математичну модель теплового навантаження суднового 4-тактного дизеля під час пуску СПП
,
,
…
,
де Q12 … Q910 — поверхневі кількості теплоти;
g11 … g910 — коефіцієнти;
T0T10 — абсолютні температури, які є граничними умовами.
Запропоновано математичну модель електромагнітного моменту суднового трифазного синхронного генератора, що є моментом опору суднового дизеля.
Для синхронного генератора в системі координат q, d без демпферних обмоток електромагнітний момент у відносних одиницях можна визначити з формули
,
де — взаємна індуктивність між котушками на осях q і d;
— миттєві струми в обмотках на осях q і d;
p — кількість пар полюсів узагальненої машини;
m — кількість фаз узагальненої машини.
При наявності демпферних обмоток електромагнітний момент набуває виду
,
де — миттєвий струм в обмотці d1.
— миттєві струми в демпферних обмотках на осях d і q;
Для явнополюсних машин електромагнітний момент можна визначити з формули
.
де — взаємна індуктивність між котушками d2 і d1.
— індуктивність котушки .
Рівняння для електромагнітного моменту синхронного генератора дозволяють визначити навантаження дизеля при пусках СПП.
Для асинхронного двигуна СПП доцільно використовувати метод, який ґрунтується на статичних пускових характеристиках, що припускає постійність частоти обертання ротора асинхронного двигуна для розглянутих моментів часу.
Судновий асинхронний двигун з короткозамкненою роторною обмоткою СПП запропоновано описувати наступною системою рівнянь. Модель ґрунтується на введенні узагальнених векторів (струмів, напруг, потокозчеплень тощо), що характеризують миттєві значення фазних величин статора і ротора АДКЗ, і отримано систему рівнянь
dш1/dt = U1 - r1(ш1 L2 - ш2 Lm)/D,
dш2/dt = U2 + jwrш2 - r2 (ш2 L1 - ш1 L m)/D,
dwr/dt = (L m i1 i2 sin() - Mc)/J.
де U1, U2 — узагальнені вектори напруг статора і ротора;
i1, i2 — узагальнені вектори струмів статора і ротора;
ш1 =i1L1 + i2Lm — узагальнений вектор потокозчеплення обмотки статора;
ш2 =i2L2 + i1Lm — узагальнений вектор потокозчеплення обмотки ротора;
L1, L2, Lm — узагальнені вектори індуктивності статора, ротора і взаємоіндукції;
r1, r2 — активні опори обмоток статора і ротора;
Mс — момент опору;
J — сумарний момент інерції на валі електродвигуна;
wr — кутова швидкість ротора;
j — уявна одиниця;
D = L1L2 – Lm.
В останній системі рівнянь три невідомі ш1, ш2 і wr, дві з яких ш1, ш2 є узагальненими векторами, а третя wr — скаляром.
Розв'язуючи отриману систему при заданих початкових умовах числовим методом, можна знайти для кожного моменту часу значення невідомих, а також визначити інші величини (потужність, втрати в обмотках, струми в обмотках статора і ротора, електромагнітний момент, cos j і ккд).
Для аналізу статичних умов асинхронного двигуна СПП використані такі співвідношення
P1 = m1U1I1cosц, Pэл1 = m1I2r1, Pэл2 = m1I2r1, Pст = m1 rm,
Pдоб = 0,005P1, P2 = P2 - УP, з P2/P1,
де P1 — споживана потужність;
Pэл1 — втрати в обмотках статора;
Pэл2 — втрати в обмотках ротора;
Pст — втрати у сталі;
Pдоб — додаткові втрати;
P2 — корисна потужність.
Для гідромеханічного комплексу СПП момент, що розвивається гребним гвинтом, визначається за формулою
,
де n — частота обертання гребних гвинтів;
с — масова густина рідини;
Dв — діаметр гвинта для швартовних умов;
k2 — коефіцієнт моменту гвинта.
Потужність приводного двигуна СПП при використанні гребного гвинта для СПП буде такою
,
де зм — ккд механічної передачі колонки;
зe — ккд приводного двигуна.
Таким чином, для теоретичного обґрунтування використання окремого суднового дизель-генератора для підвищення ефективності передачі потужності від первинного двигуна до СПП запропоновано математичні моделі для пускових умов і стаціонарних станів.
Нова математична модель теплового навантаження суднового дизель-генератора враховує стохастичні властивості теплових потоків для пускових умов СПП.
Математичні моделі для електромагнітного моменту синхронного генератора, що є навантажувальним для дизеля, дозволяють визначити їх значення для стаціонарних і нестаціонарних умов передачі потужності до СПП.
Удосконалена математична модель асинхронних двигунів дозволяє кількісно оцінювати вплив різних ефектів при передачі потужності до ГРК СПП.
Основні математичні співвідношення гідродинамічного комплексу СПП дозволяють визначити моменти на валі асинхронного двигуна СПП для пускових умов і стаціонарних станів.
У третьому розділі наведено результати комп'ютерного моделювання процесу передачі потужності від окремого дизель-генератора до СПП, які отримано для пускових умов та неномінальних стаціонарних станів.
Розрахунки виконано за допомогою комп'ютерної програми AMDN, написаної алгоритмічною мовою С++ для числового розв'язання систем рівнянь методом Рунге-Кута четвертого порядку.
Результати комп'ютерного моделювання показали таке. При пуску з переключенням обмоток статора асинхронного двигуна СПП з “зірки” на “трикутник” і трансформаторному пуску спостерігаються кидки миттєвих пускових струмів, що перевищують номінальні значення до трьох разів. При цьому виникають невеликі пускові моменти, збільшений час пуску, великі втрати в обмотках і значний їх перегрів.
При пусках СПП від окремого дизель-генератора, пуск протікає з меншими кидками струму й електромагнітного моменту. Однак спосіб пуску при постійній частоті обертання дизель-генератора принципово має недоліки пусків зі зміною напруги — малий пусковий момент, збільшений час пуску, значні втрати в обмотках і теплові перегріви. Пуск при змінній частоті обертання окремого дизель-генератора має всі переваги частотних методів пуску, якщо не враховувати складність його практичної реалізації.
Пуск СПП від напівпровідникового перетворювача напруги дозволяє знизити значення кидків миттєвих струмів і електромагнітного моменту, однак має всі перераховані вище недоліки, загальні для способів пусків зі зміною напруги.
В умовах пуску СПП за допомогою частотного перетворювача при лінійному законі зміни частоти і напруги, існує оптимальне співвідношення між їх прискореннями. Вибір оптимального співвідношення між прискореннями частотний пуск при пусковому струмі близькому до номінального забезпечує скорочення часу пуску більше ніж у два рази. При цьому зменшуються у кілька разів втрати енергії в обмотках електродвигуна.
Найкращими серед розглянутих способів пуску СПП є частотний пуск або пуск від окремого дизель-генератора. Однак перетворювач частоти великої потужності має високі вагові характеристики та вартість, і в даному випадку використовується тільки для пусків СПП.
Регулювання напруги окремого дизель-генератора в залежності від навантаження СПП дозволяє підвищити коефіцієнт корисної дії на 2-4і коефіцієнт потужності на 7-9АД СПП.
Результати узагальнення пусків СПП і його стаціонарних станів показали, що на морських суднах найбільш ефективним способом передачі потужності до СПП є спосіб передачі від окремого дизель-генератора.
У четвертому розділі представлені результати розробки методики і метрологічної проробки експерименту. Експериментальна установка для пуску СПП складається з двигуна постійного струму паралельного збудження, трифазного синхронного генератора з тиристорним регулятором напруги, трифазного асинхронного двигуна, електромагнітного гальма, апаратури захисту, сигналізації контролю, управління, вимірювальних приладів і первинних датчиків. Для вимірювання електричних сигналів використані вимірювальні резистори, з яких передаються сигнали на вимірювальну плату комп'ютера.
Розроблено комп'ютерну програму для здійснення моніторингу процесу передачі потужності в установці. Результати метрологічної проробки показали, що відносні похибки вимірювання сигналів не перевищують 5з імовірністю 0,9.
Експериментальні результати отримані для наступних умов: пуск без регулятора напруги синхронного генератора; пуск при змінах струму збудження синхронного генератора від нульових до номінальних значень; пуск при наявності регулятора напруги (РН) синхронного генератора; пуск від трансформатора при наявності регулятора напруги синхронного генератора.
Для всіх цих випадків пусків установлювали навантаження 20від номінального на валі асинхронного двигуна. Результати зменшення впливу негативних ефектів визначалися по навантаженню первинного двигуна, миттєвим значенням напруги (Uг) синхронного генератора, струму асинхронного двигуна і тривалості нестаціонарних станів. Наприклад, на рис. показано результати комп'ютерного вимірювання експериментального пуску СПП.
Рис. . Миттєві значення: a — напруги СГ; b — струму АДКЗ; c — струму
первинного двигуна при пуску АДКЗ СПП (0,55 кВт), РН з максимальним
значенням статизму і Uг=180 В
Узагальнення експериментальних результатів показує, що:
§ максимальні значення навантажувального моменту первинного двигуна виникають на початку збільшення напруги синхронного генератора після його провалу для пускових режимів СПП;
§ значення навантажувального моменту первинного двигуна залежить від прискорення збільшення напруги синхронного генератора після його провалу для пускових режимів СПП;
§ мінімальні значення навантажувального моменту первинного двигуна при пусках СПП виникають при мінімально можливих початкових напругах синхронного генератора і максимально можливих значеннях коефіцієнта статизму регулятора напруги.
Для підвищення ефективності передачі потужності до СПП пуск від порівнянного по потужності дизель-генератора реалізується при нульовому положенні кута атаки гвинта регульованого кроку і наявності регулятора напруги з широкими межами зміни напруги і коефіцієнта статизму.
У додатках містяться акти впровадження, а також листинги комп'ютерних програм.
Основні висновки
Передача потужності до суднових підрулюючих пристроїв від головного двигуна або від дизель-генераторів, що працюють паралельно, не ефективна для пускових умов і при неномінальних навантаженнях. Для стаціонарних умов при передачі потужності від головного двигуна до підрулюючого пристрою спостерігається ряд негативних ефектів (підвищення вібрації, коливання частоти обертання головного двигуна тощо).
При передачі потужності від паралельно працюючих дизель-генераторів для пускових умов характерні великі провали напруги, що негативно впливає на інші споживачі електроенергії. При цьому виникають умови порушення паралельної роботи дизель-генераторів. При неномінальних навантаженнях знижуються енергетичні показники суднових підрулюючих пристроїв і виникають труднощі для їх підвищення.
Для підвищення ефективності передачі потужності до суднових підрулюючих пристроїв запропоновано використовувати окремий дизель-генератор. Однак номінальні потужності СПП порівнянні з номінальними потужностями окремих суднових дизель-генераторів, що ускладнює реалізацію запропонованої передачі потужності внаслідок великих теплових і механічних перевантажень. Тому сформульовано мету і задачі досліджень, що дозволили зменшити теплові і механічні перевантаження дизель-генератора до допустимих значень при пуску СПП і підвищити їхню ефективність при неномінальних навантаженнях.
1. Для теоретичного вирішення задач підвищення ефективності передачі потужності до СПП від окремого дизель-генератора отримано математичні моделі теплового навантаження дизеля, електромагнітного моменту синхронного генератора, асинхронного двигуна і гідродинамічного комплексу СПП.
2. Для теоретичного вирішення задач підвищення енергетичних показників СПП при різних значеннях навантажень отримано математичні моделі для визначення коефіцієнта потужності і коефіцієнта корисної дії асинхронного двигуна СПП.
3. Результати комп'ютерного моделювання показали:
· При передачі потужності до суднових підрулюючих пристроїв від окремого дизель-генератора пуски з перемиканням обмоток асинхронного двигуна з “зірки” на “трикутник” і трансформаторний не ефективні. Виникають відносно великі значення миттєвих струмів і електромагнітного моменту. Час пуску збільшений і спостерігаються великі значення електричних втрат в обмотках та їхній перегрів.
· Регулювання частоти і напруги дизель-генератора дозволяє зменшити кидки струмів на завершальному пусковому етапі в порівнянні зі способами пуску з переключенням обмоток асинхронного двигуна і трансформаторним.
· Встановлено, що при лінійному законі зміни частоти і напруги частотного перетворювача існує оптимальне співвідношення між їх прискореннями, при яких час пуску зменшується в 2 рази при пусковому струмі, близькому до номінального, і до 10 разів зменшуються електричні втрати.
4. Пуск за допомогою частотного перетворювача і пуск від окремого дизель-генератора дають найкращі пускові характеристики, що підвищує ефективність передачі потужності до СПП. Однак, перетворювачі частоти великих потужностей мають високу вартість і використовуються тільки для пускових режимів, що знижує економічну ефективність суднової енергетичної установки.
5. Регулювання напруги окремого дизель-генератора в залежності від навантаження СПП дозволяє підвищити коефіцієнт корисної дії на 2-4і коефіцієнт потужності на 7-9електроприводу.
6. Експериментальним шляхом встановлено, що максимальні миттєві значення навантажувального моменту первинного двигуна для пускових режимів виникають у момент початку збільшення напруги синхронного генератора після його провалу і залежать від прискорення його наростання.
7. Експериментальним шляхом встановлено, що мінімально можливі значення навантажувального моменту первинного двигуна забезпечуються при мінімально можливому значення напруги синхронного генератора і максимальному значенні коефіцієнта статизму регулятора напруги для пускових умов СПП.
8. Теоретичні й експериментальні результати дозволили зменшити значення навантажувальних моментів первинних двигунів для пускових режимів СПП і зменшити вплив негативних ефектів на передачу потужності до СПП.
Список опублікованих робіт з теми дисертації
1. Радченко А.П., Бендахман Букхалфа. Зменшення навантаження суднового дизель-генератора при пусках підрулюючого пристрою // Автоматизация судовых технических средств: Научн.-техн. сб. – Одесса: ОГМА. – 2000. –Вып. . – С. .
2. Радченко А.П., Бендахман Букхалфа. Раціональний пуск суднового підрулюючого пристрою // Судовые энергетические установки: Науч.-техн. сб. – Одесса, ОГМА. – 2000. – Вып. . – С. .
3. Бендахман Букхалфа. Анализ способов пуска асинхронного двигателя подруливающего устройства от отдельного генератора // ТЕМА. – Одесса, ОГМУ. – 1999. – Вып.2. – С. .
4. Бендахман Букхалфа. Анализ способов пуска асинхронного двигателя подруливающего устройства от полупроводниковых преобразователей // Електромашинобудування та електрообладнання: Респ. міжвідомчий наук.-техн. зб. – К.: Техніка, 2000. – Вип. . – С. 30-33.
5. Радченко А.П., Бендахман Букхалфа, Буда Рашид. Стохастична модель теплонапруженості суднового дизель-генератора // Судовые энергетические установки: Науч.-техн. сб. – Одесса, ОГМА. – 2000. – Вып. . – С. .
6. Васильев В.Н., Слободниченко Б.И., Бендахман Букхалфа. Динамика асинхронного частотно-управляемого электропривода подруливающего устройства // Електромашинобудування та електрообладнання: Респ. міжвідомчий наук.-техн. зб. – К.: Техніка, 1998. – Вип.50. – С. 60-62.
7. Васильев В.Н., Бендахман Букхалфа. Пуск судового асинхронного короткозамкнутого электродвигателя // Електромашинобудування та електрообладнання: Респ. міжвідомчий наук.-техн. зб. – К.: Техніка, 1999. – Вип. 52. – С. 53-56.
8. Васильев В.Н., Шишкин А.В., Бендахман Букхалфа. Управляемый тиристорный пуск судового асинхронного двигателя // Автоматизация судовых технических средств: Научн.-техн. сб. – Одесса: ОГМА. – 1999. – Вып. . – С. .
9. Васильев В.Н., Бендахман Букхалфа. Пути повышения энергетических показателей судовой электростанции // Научно-техническая конференция “Перспективные направления развития экологии, экономики, энергетики”: Сб. науч. статей. – Одесса: ОЦНТЭИ. – 1998. – С. .
Бендахман Букхалфа. Підвищення ефективності передачі потужності до суднових підрулюючих пристроїв. — Рукопис.
Дисертація на присудження вченого ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.08.05 — Суднові енергетичні установки. Одеська державна морська академія. Одеса, 2002.
Дисертація присвячена теоретичним основам та розробці способів зменшення впливу негативних ефектів на передачу потужності від суднових дизель-генераторів до суднових підрулюючих пристроїв (СПП).
Підвищення ефективності передачі потужності до СПП для пускових умов від порівнянного за номінальною потужністю дизель-генератора реалізується при нульовому положенні кута атаки гвинта регульованого кроку та наявності регулятора напруги із широкими межами зміни напруги та коефіцієнта статизму.
Для стаціонарних умов ефективність передачі потужності до суднових підрулюючих пристроїв підвищується шляхом регулювання напруг синхронного генератора залежно від навантаження на валі асинхронного двигуна, що забезпечує підвищення його коефіцієнта потужності та коефіцієнта корисної дії.
Ключові слова: суднові енергетичні установки, суднові підрулюючі пристрої, дизель-генератор, механічні та теплові перевантаження, математичне моделювання.
Бендахман Букхалфа. Повышение эффективности передачи мощности к судовым подруливающим устройствам. — Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.08.05 – Судовые энергетические установки. Одесская государственная морская академия, Одесса, 2002.
Диссертация посвящена теоретическим основам уменьшения влияния отрицательных эффектов на передачу мощности от судовых дизель-генераторов к судовым подруливающим устройствам (СПУ).
Передача мощности к СПУ от главного судового двигателя или от судовых дизель-генераторов, которые работают параллельно, неэффективна для пусковых режимов и при неноминальных нагрузках. Для стационарных условий при передаче мощности от главного двигателя к СПУ наблюдается ряд негативных эффектов (повышение вибрации, колебания частоты вращения главного двигателя и т.д.). При передаче мощности к СПУ от параллельно работающих дизель-генераторов для пусковых режимов характерны большие провалы напряжения, что отрицательно влияет на других потребителей электроэнергии. При этом возникают условия нарушения параллельной работы дизель-генераторов. При неноминальных нагрузках снижаются энергетические показатели СПУ и возникают трудности для их повышения.
Для повышения эффективности передачи мощности к СПУ предложено использовать отдельный дизель-генератор для работы СПУ. Однако номинальные мощности СПУ соизмеримы с номинальными мощностями отдельных судовых дизель-генераторов, что затрудняет реализацию предложенной концепции передачи мощности из-за больших тепловых и механических перегрузок. Поэтому необходимо было исследование по уменьшению негативных эффектов при передаче мощности к СПУ.
Разработана математическая модель теплового нагружения судового дизель-генератора, которая позволяет количественно уменьшить тепловые потоки при пусковых режимах СПУ. Получена математическая модель синхронного генератора для определения момента сопротивления дизеля. Получила дальнейшее развитие математическая модель асинхронного двигателя СПУ, которая его описывает в динамических и в стационарных режимах. А также получена математическая модель гидромеханического комплекса СПУ.
Разработаны компьютерные программы для исследования переходных и стационарных процессов асинхронного двигателя СПУ.
На основе результатов моделирования показаны возможности уменьшения отрицательных эффектов при передаче мощности от отдельного судового дизель-генератора к СПУ.
Для подтверждения теоретических результатов разработана экспериментальная установка, которая моделирует условия передачи мощности от судового дизель-генератора к СПУ.
Повышение эффективности передачи мощности к СПУ для пусковых условий от отдельного дизель-генератора реализуется при нулевом положении угла атаки винта регулируемого шага СПУ и наличии регулятора напряжения синхронного генератора с широкими пределами изменения напряжения и коэффициента статизма.
Для стационарных условий эффективность передачи мощности к СПУ повышается путем регулирования напряжения в зависимости от нагрузки на валу асинхронного двигателя, что обеспечивает его коэффициент мощности и коэффициент полезного действия.
Ключевые слова: Судовые энергетические установки, судовые подруливающие устройства, механические и тепловые перегрузки, дизель-генератор, математическое моделирование
Bendahmane Boukhalfa. Increase of efficiency of the power transfer to ship thrusters. – Manuscript.
The Dissertation for maintenance the degree of a candidate of technical sciences on the specialty 05.08.05 – Ship Power Plants. Odessa State Maritime Academy, Odessa, 2002.
The dissertation is devoted to theoretical bases of the reduction of negative effects influence on power transfer to ship thrusters.
Enhancement of efficiency of the power transfer to ship thrusting propellers for starting conditions from commensurable by diesel-generator power rating is realized at the zero position of the angle of incidence of the controllable pitch propeller, and the availability of the voltage regulator with a wide rang voltage variation and coefficient of statism.
For stationary conditions, efficiency of the power transfer to ship thrusters is enhanced by voltage variation of the synchronous generator depending on the asynchronous motor shaft load, which increase its power factor and coefficient of efficiency.
Keywords: ship power plants, ship thrusters, mechanical and thermal overloads, diesel-generator, mathematical modeling.
Міністерство освіти і науки України
