RU2753704C2 - Method for automatic regulation of voltage frequency, programming and distribution of active load between different types of power sources of vessel - Google Patents
Method for automatic regulation of voltage frequency, programming and distribution of active load between different types of power sources of vessel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2753704C2 RU2753704C2 RU2019108965A RU2019108965A RU2753704C2 RU 2753704 C2 RU2753704 C2 RU 2753704C2 RU 2019108965 A RU2019108965 A RU 2019108965A RU 2019108965 A RU2019108965 A RU 2019108965A RU 2753704 C2 RU2753704 C2 RU 2753704C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- generator
- load
- signals
- shaft
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D29/00—Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto
- F02D29/06—Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto peculiar to engines driving electric generators
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электроснабжения автономных объектов с дизельными электростанциями, например, судов транспортного флота, главная и вспомогательные энергетические установки которых содержат турбоэлектрокомпаундные системы наддува.The invention relates to the field of power supply for autonomous objects with diesel power plants, for example, ships of the transport fleet, the main and auxiliary power plants of which contain a turboelectric compound pressurization system.
Известен пассивный способ автоматического регулирования частоты напряжения и распределения активной нагрузки между работающими параллельно генераторными агрегатами с автономными первичными двигателями, снабженными механическими регуляторами угловой скорости, основанный на ручном совмещении их регуляторных скоростных статических характеристик, настроенных на одинаковый статизм, после ввода дополнительного генератора на параллельную работу и последующем автоматическим поддержании равенства нагрузок при любом ее изменении в электрической сети (Баранов А.П. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы [Текст]: учеб. - М.: Транспорт, 1988. - С. 152) Достоинством способа является простота его реализации и универсализм, позволяющий работать в параллель генераторным агрегатам с разными типами первичных двигателей.There is a known passive method for automatic regulation of the voltage frequency and the distribution of the active load between generator sets operating in parallel with autonomous prime movers equipped with mechanical controllers of angular speed, based on manual alignment of their regulatory speed static characteristics, tuned to the same statism, after entering an additional generator for parallel operation and subsequent automatic maintenance of the equality of loads with any change in the electrical network (Baranov A.P. Ship automated electric power systems [Text]: textbook. - M .: Transport, 1988. - P. 152) The advantage of the method is the simplicity of its implementation and universalism, allowing parallel operation of generator sets with different types of prime movers.
Его недостатком является нестабильность частоты напряжения в электрической сети, зависящей от настроенного значения статизма регуляторных скоростных характеристик и присутствия в них зоны нечувствительности, а также невозможность автоматического, без участия оператора, как первичного выравнивания нагрузок при вводе в работу дополнительного генератора, так и снятия нагрузки при выводе из параллельной работы одного из генераторов. Помимо этого точность распределения нагрузок зависит от присутствия в регуляторных скоростных характеристиках зон нечувствительности, определяемых степенью износа механических регуляторов угловой скорости, так что с их появлением и увеличением возрастают и неравномерность распределения нагрузок, и отклонение частоты напряжения от заданного значения. На эти показатели влияет также и свойства гидрожидкости - вязкость, присутствие примесей, - используемой в гидроусилителях отмеченных механических регуляторов угловой скорости.Its disadvantage is the instability of the voltage frequency in the electrical network, depending on the set value of the statism of the regulatory speed characteristics and the presence of a dead zone in them, as well as the impossibility of automatic, without operator participation, both the primary load balancing when an additional generator is put into operation, and the load is removed when withdrawal from parallel operation of one of the generators. In addition, the accuracy of load distribution depends on the presence of dead zones in the regulatory speed characteristics, which are determined by the degree of wear of mechanical angular speed controllers, so that with their appearance and increase, both the unevenness of the load distribution and the deviation of the voltage frequency from the set value increase. These indicators are also influenced by the properties of the fluid - viscosity, the presence of impurities - used in the hydraulic boosters of the noted mechanical controllers of the angular velocity.
Известен также активный способ автоматического регулирования частоты напряжения и распределения активной нагрузки между параллельно работающими генераторными агрегатами под названием метода ведущего генератора, который основан на использовании на каждом генераторном агрегате, помимо механических регуляторов угловой скорости, дополнительных электрических приставок в составе у каждой датчика активного тока, датчика частоты напряжения и усилителя, состоящий в том, что у одного из генераторов, называемого ведущим, создают в его электрической приставке частотный контур, с помощью которого воздействуют сигналом отклонения заданной частоты через усилитель на серводвигатель механического регулятора угловой скорости ведущего генератора и поддерживают у его первичного двигателя астатическую скоростную регуляторную характеристику, а датчик активного тока его же электрической приставки подключают напрямую к уравнительным проводам посредством блок-контактов его автоматического генераторного выключателя. У дополнительно подключаемого генераторного агрегата, называемого ведомым, датчик активного тока его электрической приставки также подсоединяют к тем же уравнительным проводам посредством блок-контактов автоматического выключателя ведомого генератора и через входную цепь усилителя своей электрической приставки, выход которого подключают к серводвигателю механического регулятора угловой скорости первичного двигателя ведомого генератора, и образуют таким образом уравнительно-распределительный контур между ведущим и ведомым генераторами. При этом измеряют текущие нагрузки каждого генератора посредством их датчиков активного тока, сравнивают посредством уравнительно-распределительного контура сигналы, пропорциональные этим нагрузкам, и, в случае неравенства активных нагрузок генераторов, сигнал разности посылают на вход усилителя электрической приставки ведомого генератора, а после усиления воздействуют им на серводвигатель механического регулятора угловой скорости его первичного двигателя, изменяя у него подачу топлива и за счет этого выравнивая активные нагрузки обоих генераторов при той частоте, которую поддерживает ведущий генератор своим частотным контуром (Баранов А.П. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы [Текст]: учеб. - М.: Транспорт, 1988. - С. 153-157).There is also known an active method for automatic regulation of the voltage frequency and distribution of the active load between parallel operating generator sets called the method of the master generator, which is based on the use on each generator set, in addition to mechanical speed controllers, additional electrical attachments in the composition of each active current sensor, sensor frequency of voltage and amplifier, consisting in the fact that one of the generators, called the master, creates a frequency circuit in its electrical attachment, with the help of which the signal of the deviation of the specified frequency is influenced through the amplifier on the servomotor of the mechanical regulator of the angular velocity of the master generator and is maintained at its prime mover an astatic high-speed regulatory characteristic, and the active current sensor of its own electrical attachment is connected directly to the equalizing wires through the auxiliary contacts of its automatic generator switch body. In an additionally connected generator set, called a slave, the active current sensor of its electrical attachment is also connected to the same equalizing wires through the auxiliary contacts of the automatic switch of the slave generator and through the input circuit of the amplifier of its electrical attachment, the output of which is connected to the servomotor of the mechanical speed controller of the prime mover slave generator, and thus form an equalizing distribution circuit between the master and slave generators. At the same time, the current loads of each generator are measured by means of their active current sensors, signals proportional to these loads are compared by means of an equalizing-distribution loop, and, in case of inequality of the active loads of the generators, the difference signal is sent to the input of the amplifier of the electrical attachment of the slave generator, and after amplification, they act to the servomotor of the mechanical regulator of the angular speed of its prime mover, changing its fuel supply and thereby equalizing the active loads of both generators at the frequency that the leading generator maintains with its frequency loop (Baranov A.P. Ship automated electric power systems [Text]: textbook . - M .: Transport, 1988. - S. 153-157).
Достоинством данного активного метода регулирования частоты напряжения и распределения активных нагрузок является: высокая точность регулирования частоты напряжения в электрической сети и распределения ее нагрузки между генераторами, обусловленная принудительным характером активных программных действий - измерение нагрузок отдельных генераторов, их сравнение, формирование сигналов разности, их усиление, изменение подачи энергоносителя в первичный двигатель; отсутствие в регуляторных характеристиках зон нечувствительности, ухудшающих качество регулирования; автоматическое, без участия оператора, распределение нагрузки во всех режимах генераторных агрегатов, включая и конечные - ввод на параллельную работу и вывод из параллельной работы.The advantage of this active method of voltage frequency regulation and distribution of active loads is: high accuracy of voltage frequency regulation in the electrical network and distribution of its load between generators, due to the forced nature of active program actions - measuring the loads of individual generators, comparing them, generating difference signals, amplifying them, changing the supply of energy to the prime mover; the absence of dead zones in the regulatory characteristics that worsen the quality of regulation; automatic, without operator participation, load distribution in all modes of generating sets, including final ones - input to parallel operation and output from parallel operation.
К недостаткам данного активного способа относятся: сложность электрических приставок, обусловленная избыточностью частотных контуров и насыщенностью вспомогательными реле, используемыми для переключения электрических приставок на режимы ведущего и ведомого генераторов; связанная с нею невысокая надежность, значительные размеры, масса, стоимость и трудоемкость обслуживания электрических приставок; раздельное регулирование процессами стабилизации частоты напряжения и распределением нагрузки между ведущим и ведомыми генераторами, снижающее их быстродействие при набросе и сбросе нагрузки и допускающее возможность кратковременных перегрузок ведущего генераторного агрегата и формирование сигналов их защиты от перегрузки.The disadvantages of this active method include: the complexity of the electrical attachments due to the redundancy of frequency circuits and the saturation of the auxiliary relays used to switch the electrical attachments to the modes of the master and slave generators; associated with it low reliability, significant size, weight, cost and labor intensity of maintenance of electrical attachments; separate regulation of voltage frequency stabilization processes and load distribution between the master and slave generators, which reduces their speed during load surge and shedding and allows for the possibility of short-term overloads of the master generator set and the generation of signals for their protection against overload.
Известен также активный способ автоматического связанного регулирования частоты напряжения и распределения нагрузки между параллельно работающими генераторными агрегатами, который также основан на использовании у генераторных агрегатов дополнительных электрических приставок, но лишенных датчиков частоты напряжения, вместо которых применяют один общий датчик частоты напряжения электрической сети, образующий с компаратором заданной частоты напряжения блок параллельной работы, содержащий, кроме того, субблок формирования сигнала задающей мощности для каждого из параллельно работающих генераторных агрегатов, и интегратор его сигнала с сигналом компаратора заданной частоты напряжения, и состоящий в том, что измеряют датчиками активного тока электрических приставок нагрузки параллельно работающих генераторов, направляют их через блок-контакты автоматических выключателей генераторов на входы субблока формирования сигнала задающей мощности блока параллельной работы, и суммируют их посредством данного субблока, в котором затем суммарную нагрузку делят на количество работающих генераторов и данный средний результат принимают за сигнал задающей нагрузки каждого отдельного генератора, суммируют этот сигнал посредством интегратора с сигналом компаратора заданной частоты напряжения и посылают этот результирующий сигнал на входы компараторов сигналов нагрузок, входящих в состав электрических приставок генераторных агрегатов, сравнивают посредством данных компараторов сигнал задающей мощности для данного генератора, сформированный блоком параллельной работы, с сигналом его текущей, действительной нагрузки, измеренный датчиком активного тока, формируют данными компараторами сигналов нагрузок сигналы разности и усиливают их посредством усилителей электрических приставок, а усиленные сигналы с выходов электрических приставок параллельно работающих генераторных агрегатов направляют на серводвигатели механических регуляторов подачи топлива их первичных двигателей (Штатная документация танкеров типа т/х «Вентспилс» и других серий судов финской постройки).There is also known an active method for automatic coupled regulation of the voltage frequency and load distribution between parallel operating generator sets, which is also based on the use of additional electrical attachments for the generator sets, but devoid of voltage frequency sensors, instead of which one common voltage frequency sensor of the electrical network is used, forming with a comparator of a given voltage frequency, a parallel operation unit containing, in addition, a subunit for generating a driving power signal for each of the parallel operating generating sets, and an integrator of its signal with a signal of a comparator of a given voltage frequency, and consisting in the fact that the active current sensors of the electrical load attachments are measured in parallel working generators, direct them through the block-contacts of the automatic switches of the generators to the inputs of the subunit for generating the signal of the setting power of the parallel operation unit, and sum them up by of this subunit, in which the total load is then divided by the number of operating generators and this average result is taken as the signal of the reference load of each individual generator, this signal is summed by the integrator with the signal of the comparator of the specified voltage frequency and this resulting signal is sent to the inputs of the comparators of the load signals included in the composition of the electrical attachments of the generating sets, using these comparators, the reference power signal for the given generator, formed by the parallel operation unit, with the signal of its current, actual load, measured by the active current sensor, is formed by these load signal comparators, the difference signals are formed and amplified by means of amplifiers of the electrical attachments, and the amplified signals from the outputs of the electrical attachments of parallel operating generator sets are sent to the servomotors of the mechanical regulators of the fuel supply of their prime movers (Standard documentation t anchors of the m / v "Ventspils" type and other series of Finnish-built ships).
Достоинства у данного активного способа автоматического связанного регулирования частоты напряжения и распределения нагрузки те же, что и у предыдущего аналога при отсутствии указанных для него недостатков. Недостатком же данного активного способа является то, что его блок параллельной работы приспособлен к управлению генераторными агрегатами только с автономными и однотипными первичными двигателями.The advantages of this active method of automatic coupled regulation of the voltage frequency and load distribution are the same as those of the previous analogue in the absence of the disadvantages indicated for it. The disadvantage of this active method is that its parallel operation unit is adapted to control generator sets only with autonomous and similar prime movers.
Наиболее близким и известным к заявляемому является активный способ автоматического регулирования частоты напряжения и принудительного распределения нагрузки электрической сети при параллельной работе автономного дизель-генератора (ДГ), оборудованного турбокомпрессором чистого наддува, и утилизационного паротурбогенератора (Радченко П.М. Тренажерная подготовка по системам автоматического управления судовыми электроэнергетическими установками [Текст]: конс. лек. - Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2010. - С. 115), основанный на использовании у каждого источника электроэнергии механического регулятора угловой скорости и дополнительной электрической приставки, аналогичной второму аналогу для утилизационного паротурбогенератора и третьему аналогу для автономного дизель-генератора, блока параллельной работы, содержащего сумматор нагрузок сигналов параллельно работающих генераторов и дифференциальный субблок, и состоящий в том, что в электрической приставке утилизационного паротубогенератора создают частотный контур, содержащий датчик действительной частоты напряжения утилизационного паротурбогенератора и компаратор сигналов действительной и заданной частот напряжения, с помощью которого воздействуют через усилитель на серводвигатель механического регулятора угловой скорости первичного двигателя утилизационного паротурбогенератора (УПТГ) -паровой турбины, и поддерживают у данного УПТГ астатическую регуляторную скоростную характеристику, а датчик активного тока его электрической приставки подключают через блок-контакт автоматического выключателя данного генератора параллельно к первому входу сумматора нагрузок параллельно работающих генераторов блока параллельной работы и первому входу его дифференциального субблока, второй вход которого соединен с выходом указанного сумматора сигналов нагрузок; а в электрической приставке автономного дизель-генератора датчик активного тока подключают через блок-контакт его автоматического выключателя к параллельно соединенным сумматору сигналов параллельно работающих генераторов блока параллельной работы, а также двум компараторам его электрической приставки: компаратору сигналов задающей и действительной нагрузок данного автономного дизель-генератора и компаратору сигнала низкой нагрузки (30% номинальной), при этом выход первого компаратора через первый усилитель данной электрической приставки подключают к серводвигателю механического регулятора угловой скорости первичного двигателя данного автономного ДГ, а выход компаратора сигнала его низкой нагрузки, подключают через второй усилитель к реле низкой нагрузки. Измеряют посредством датчиков активного тока электрических приставок текущие нагрузки обоих источников электроэнергии, посылают сигналы этих датчиков на сумматор сигналов нагрузки параллельно работающих генераторов блока параллельной работы. Одновременно сигнал нагрузки УПТГ посылают на первый вход дифференциального субблока блока параллельной работы, а сигнал нагрузки автономного ДГ - на компаратор сигналов действительной и задающей нагрузки и компаратор сигнала низкой нагрузки его электрической приставки. Суммируют измеренные сигналы нагрузок УПТГ и автономного ДГ посредством сумматора сигналов нагрузок блока параллельной работы, вычитают из полученной суммы посредством дифференциального субблока блока параллельной работы сигнал нагрузки, посланный датчиком активного тока УПТГ. Формируют на выходе дифференциального субблока сигнал задающей мощности для дизель-генератора. Посылают его в электрическую приставку автономного ДГ на первый вход ее компаратора сигналов задающей и действительной нагрузок, сигналом разности данного компаратора воздействуют через первый усилитель на серводвигатель механического регулятора угловой скорости первичного двигателя автономного ДГ, регулируют им подачу топлива и развиваемую нагрузку при той частоте, которую поддерживают частотным контуром УПТГ, работающего по астатической регуляторной скоростной характеристике. При этом сравнивают посредством компаратора сигналов низкой нагрузки электрической приставки автономного ДГ его текущую нагрузку с установленным программой предельным низким значением, равным 30% номинальной, и, в случае снижения текущей нагрузки ДГ до установленного значения, блокируют сигналом данного компаратора низкой нагрузки выходной канал «Уменьшить подачу топлива» у первого усилителя его электрической приставки.The closest and known to the claimed one is an active method for automatic regulation of the voltage frequency and forced distribution of the electrical network load during parallel operation of an autonomous diesel generator (DG) equipped with a turbocharger of pure pressurization and a utilization steam turbine generator (Radchenko P.M. ship electric power plants [Text]: cons. lek. - Vladivostok: Maritime State University, 2010. - P. 115), based on the use of a mechanical speed controller and an additional electrical attachment similar to the second analogue for utilization steam turbine generator and the third analogue for an autonomous diesel generator, a parallel operation unit containing an adder of loads of signals of parallel operating generators and a differential subunit, and consisting in the fact that in the electrical attachment of the utilization steam generator A frequency loop is used that contains a sensor of the actual voltage frequency of the utilization steam turbine generator and a comparator of the signals of the actual and set voltage frequencies, with the help of which they act through an amplifier on the servomotor of the mechanical regulator of the angular velocity of the primary engine of the utilization steam turbine generator (UPTG) -a steam turbine, and support this UPTG with an astatic regulatory the speed characteristic, and the active current sensor of its electrical attachment is connected through the block-contact of the circuit breaker of this generator in parallel to the first input of the load adder of the parallel operating generators of the parallel operation unit and the first input of its differential subunit, the second input of which is connected to the output of the specified adder of load signals; and in the electrical attachment of the autonomous diesel generator, the active current sensor is connected through the block-contact of its circuit breaker to the parallel-connected adder of signals of the parallel operating generators of the parallel operation unit, as well as two comparators of its electrical attachment: the comparator of the signals of the master and actual loads of this autonomous diesel generator and a comparator of a low load signal (30% of the nominal), while the output of the first comparator through the first amplifier of this electrical attachment is connected to the servomotor of the mechanical regulator of the angular velocity of the primary motor of this autonomous DG, and the output of the comparator of its low load signal is connected through the second amplifier to the low relay load. The current loads of both power sources are measured by means of active current sensors of electrical attachments, the signals of these sensors are sent to the adder of load signals of parallel operating generators of the parallel operation unit. At the same time, the load signal of the UPTG is sent to the first input of the differential subunit of the parallel operation unit, and the load signal of the autonomous DG is sent to the comparator of the signals of the real and master load and the comparator of the low load signal of its electrical attachment. The measured signals of the loads of the UPTG and the autonomous DG are summed up by means of the adder of the load signals of the parallel operation unit, the load signal sent by the active current sensor of the UPTG is subtracted from the sum obtained by means of the differential subunit of the parallel operation unit. A driving power signal for a diesel generator is formed at the output of the differential subunit. It is sent to the electrical attachment of the autonomous DG at the first input of its comparator of the reference and real load signals, the signal of the difference of this comparator is applied through the first amplifier to the servomotor of the mechanical regulator of the angular velocity of the primary engine of the autonomous DG, it regulates the fuel supply and the developed load at the frequency that is maintained frequency circuit of the UPTG operating on an astatic regulatory speed characteristic. At the same time, by means of a comparator of low load signals of an electric attachment of an autonomous DG, its current load is compared with the limit low value set by the program, equal to 30% of the nominal value, and, in the case of a decrease in the current load of the DG to the set value, the output channel is blocked by the signal of this low load comparator. fuel ”at the first amplifier of his electrical attachment.
Данный активный способ-прототип позволяет с высокой точностью автоматически регулировать частоту напряжения и принудительно распределять нагрузку электрической сети между автономным ДГ и УПТГ, утилизирующим энергию теплоты отработавших газов главной энергетической установки, по критерию максимальной экономической эффективности, постоянно загружая УПТГ потенциально располагаемой им мощностью и переводя оставшуюся часть нагрузки электрической сети на поддерживающий автономный ДГ, не допуская при этом его загрузку ниже 30% номинальной, когда в его камерах сгорания происходит неполное сгорание топлива - дымление - и образуются отложения сажи на всем выхлопном тракте двигателя и токсичные газы.This active prototype method allows with high accuracy to automatically regulate the voltage frequency and forcibly distribute the load of the electrical network between the autonomous DG and the UPTG, which utilizes the heat energy of the exhaust gases of the main power plant, according to the criterion of maximum economic efficiency, constantly loading the UPTG with the potentially available power and transferring the remaining part of the load of the electrical network on the supporting autonomous diesel generator, while preventing its loading below 30% of the nominal, when incomplete combustion of fuel occurs in its combustion chambers - smoke - and soot deposits are formed on the entire exhaust tract of the engine and toxic gases.
Однако область применения данного способа ограничена параллельной работой автономного дизель-генератора, оборудованного традиционным турбокомпрессором чистого наддува, и утилизационным паротурбогенератором, получающим пар от утилизационного котла и снабженным собственным регулятором подачи энергоносителя - пара. На параллельную работу автономного дизель-генератора или нескольких автономных ДГ, с валогенератором, а также с утилизационными газотурбогенераторами турбокомпаундных систем судовых дизелей - главного и вспомогательных, не оборудованных собственными регуляторами развиваемой мощности, - этот активный способ стабилизации частоты напряжения и принудительного распределения нагрузки не распространяется. В этом его существенный недостаток. Кроме того, необходимость применения в способе-прототипе операций по блокированию режимов низких нагрузок автономного дизель-генератора, с одной стороны, приводит к недоиспользованию утилизационного паротурбогенератора по развиваемой им текущей потенциально располагаемой мощности, а с другой стороны, усложняет схему электрической приставки автономного ДГ, понижает надежность и удорожает ее, увеличивает размеры и массу. В способе-прототипе отсутствует контроль у работающих агрегатов максимально допустимых для них нагрузок. Не решает способ-прототип, как и аналоги, главную проблему текущего этапа эксплуатации энергетических установок судов - достижение наиболее полной и комплексной экономико-экологической эффективности всей энергетической установки судна - главной и вспомогательных - в целом.However, the scope of application of this method is limited by the parallel operation of an autonomous diesel generator equipped with a traditional turbocharger of pure pressurization, and a utilization steam turbine generator receiving steam from a utilization boiler and equipped with its own regulator for the supply of energy carrier - steam. This active method of voltage frequency stabilization and forced load distribution does not apply to the parallel operation of an autonomous diesel generator or several autonomous diesel generators, with a shaft generator, as well as with utilization gas turbine generators of turbo-compound systems of marine diesel engines - main and auxiliary ones, not equipped with their own regulators of the developed power. This is its significant drawback. In addition, the need to use in the prototype method of operations for blocking low-load modes of an autonomous diesel generator, on the one hand, leads to underutilization of the utilization steam turbine generator according to the current potentially available power developed by it, and on the other hand, complicates the circuit of the electric attachment of an autonomous diesel generator, lowers reliability and makes it more expensive, increases size and weight. In the prototype method, there is no control of the operating units of the maximum permissible loads for them. The prototype method, like its analogues, does not solve the main problem of the current stage of operation of power plants of ships - the achievement of the most complete and comprehensive economic and environmental efficiency of the entire power plant of the ship - the main and auxiliary ones - as a whole.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение перечисленных недостатков способа-прототипа, а именно: 1) расширение области применения способа регулирования частоты напряжения и принудительного распределения активной нагрузки на параллельную работу разнотипных источников электроэнергии - валогенераторов, нескольких автономных дизель-генераторов, утилизационных газотурбогенераторов турбокомпаундных систем наддувочного воздуха главного и вспомогательных дизелей судна и других источников электроэнергии, основанных на использовании вторичных ресурсов разной природы; 2) снятие ограничения на продолжительную работу автономных дизель-генераторов с частичными нагрузками менее 30% номинальной без ухудшения экономико-экологических показателей его работы с целью более полного использования текущих располагаемых мощностей утилизационных источников электроэнергии при их параллельной работе, направленное на дополнительное повышение КПД двигателей; 3) упрощение схемы электрических приставок автономных дизель-генераторов с целью повышения их надежности, снижения размеров, массы и стоимости; 4) программирование максимально допустимых нагрузок работающих генераторных агрегатов; 5) введение в управление параллельной работой разнотипных источников электроэнергии критерия наиболее полной экономико-экологической эффективности энергетической установки судна в целом.The technical problem to be solved by the claimed invention is to eliminate the listed disadvantages of the prototype method, namely: 1) expanding the scope of application of the voltage frequency regulation method and forced distribution of the active load for the parallel operation of different types of electricity sources - shaft generators, several autonomous diesel generators, utilization gas turbine generators of turbo-compound charge air systems for the main and auxiliary diesel engines of the ship and other sources of electricity, based on the use of secondary resources of a different nature; 2) removal of restrictions on the long-term operation of autonomous diesel generators with partial loads less than 30% of the nominal without deterioration of the economic and environmental indicators of its operation in order to more fully use the current available capacities of utilization sources of electricity during their parallel operation, aimed at further increasing the efficiency of engines; 3) simplification of the scheme of electric attachments of autonomous diesel generators in order to increase their reliability, reduce the size, weight and cost; 4) programming the maximum permissible loads of operating generating sets; 5) the introduction of the criterion for the most complete economic and environmental efficiency of the ship's power plant as a whole into the management of the parallel operation of different types of electricity sources.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в известном способе автоматического регулирования частоты напряжения, программирования и распределения нагрузки электрической сети при параллельной работе автономного дизель-генератора и утилизационного паротурбогенератора, основанном на использовании на первичных двигателях обоих генераторов механических регуляторов подачи энергоносителя, содержащих на входе серводвигатели, а на генераторах - электрических приставок, содержащих каждая датчик активного тока, компаратор сигналов нагрузок и усилитель сигналов, а электрическая приставка утилизационного паротурбогенератора дополнительно еще и датчик действительной частоты напряжения и компаратор частотных сигналов, при этом выходы усилителя электрической приставки каждого генератора соединены с клеммами серводвигателя соответствующего механического регулятора подачи энергоносителя, а также и блока параллельной работы в составе сумматора сигналов нагрузок параллельно работающих генераторов, соединенного своими входами с выходами датчиков активного тока автономного дизель-генератора и утилизационного паротубогенератора через блок-контакты их автоматических выключателей, и дифференциального субблока, связанного входами с выходами указанного сумматора сигналов нагрузок и датчика активного тока утилизационного паротурбогенератора через блок-контакт его автоматического выключателя, а выходом - с задающим входом компаратора сигналов нагрузок электрической приставки автономного дизель-генератора, и состоящий в том, что при параллельной работе автономного дизель-генератора и утилизационного паротурбогенератора измеряют в электрической приставке утилизационного паротурбогенератора посредством датчика частоты действительную частоту напряжения на клеммах его синхронного генератора, сравнивают посредством компаратора сигналов частоты сигналы действительной частоты напряжения с задающей частотой, устанавливаемой заранее оператором, сигнал разности данного компаратора усиливают посредством усилителя и посылают его на серводвигатель механического регулятора подачи пара паровой турбины, чем поддерживают в утилизационном паротурбогенераторе астатическую частотную регуляторную характеристику. Измеряют посредством датчиков активного тока электрических приставок обоих генераторных агрегатов их текущие нагрузки, и измеренные сигналы посылают через блок-контакты генераторных автоматических выключателей на входы сумматора сигналов нагрузок блока параллельной работы, а также у автономного дизель-генератора - на первый вход компаратора сигналов нагрузок его электрической приставки, а у паротурбогенератора - на первый вход дифференциального субблока блока параллельной работы. Суммируют посредством сумматора сигналов измеренные сигналы нагрузок и определяют общую нагрузку электрической сети. Его результирующий сигнал посылают на второй вход дифференциального субблока и вычитают из данного сигнала сигнал текущей нагрузки утилизационного паротурбоегнератора. Посылают сигнал разности дифференциального субблока на второй вход компаратора сигналов нагрузок автономного дизель-генератора как сигнал задающей для него нагрузки и сравнивают посредством данного компаратора сигнал заданной нагрузки автономного дизель-генератора с сигналом его действительной (текущей) нагрузки. В случае их несовпадения, формируют данным компаратором сигнал разности, усиливают его посредством усилителя и воздействуют им на серводвигатель регулятора подачи топлива автономного дизель-генератора, чем корректируют его текущую нагрузку адекватно изменению потенциально располагаемой мощности утилизационного паротубогенератора и нагрузки электрической сети, отличающийся тем, что вместо утилизационного паротурбогенератора в параллель с несколькими автономными дизель-генераторами работают утилизационные газотурбогенераторы турбокомпаундных систем наддувочного воздуха данных дизель-генераторов и главного двигателя судна, содержащие каждая бустерную электрическую машину, соосно соединенную с валом известного турбокомпрессора наддува и подключенную к электрической сети через автоматический выключатель и статический полупроводниковый преобразователь в составе обратимых электромашинного и сетевого преобразователей и их подсистем управления, и снабженные реверсивными датчиками мощности. А блок параллельной работы содержит дополнительно частотный канал, включающий датчик действительной (текущей) частоты напряжения сети и компаратор сигналов частоты, сравнивающий сигнал действительной частоты напряжения сети с задающим сигналом частоты, дополнительный сумматор сигналов нагрузок утилизационных газотурбогенераторов, субблок сигнала средней нагрузки отдельного автономного дизель-генератора, интегратор сигналов средней нагрузки отдельного дизель-генератора и частотного канала. При этом в период параллельной работы нескольких автономных дизель-генераторов и утилизационных газотурбогенераторов турбокомпаундных систем наддувочного воздуха главного двигателя и данных автономных дизель-генераторов измеряют дополнительно посредством реверсивных датчиков мощности утилизационных газотурбогенераторов их активные нагрузки и посылают их сигналы через блок-контакты их автоматических выключателей и блокирующие диоды на входы дополнительного сумматора сигналов нагрузок, посредством которого производят суммирование сигналов нагрузок утилизационных газотурбогенераторов, а результирующий сигнал посылают на вход основного сумматора сигналов нагрузок всех параллельно работающих генераторов и первый вход дифференциального субблока. Далее из результирующего сигнала основного сумматора посредством дифференциального субблока вычитают результирующий сигнал дополнительного сумматора сигналов, получая сигнал общей нагрузки, приходящийся на все автономные дизель-генераторы, который делят посредством субблока сигнала средней нагрузки отдельного дизель-генератора на число параллельно работающих дизель-генераторов. Полученный сигнал средней нагрузки отдельного дизель-генератора посредством интегратора сигналов суммируют с выходным сигналом частотного канала блока параллельной работы и, получив сигнал задающей нагрузки отдельного дизель-генератора, посылают его на параллельно включенные задающие входы компараторов сигналов нагрузок электрических приставок всех автономных дизель-генераторов, работающих в параллель. Сравнивают посредством данных компараторов сигнал заданной нагрузки для отдельного дизель-генератора с его действительной (текущей) нагрузкой. Полученные сигналы разности данных компараторов в электрических приставках каждого автономного дизель-генератора усиливают посредством усилителей данных электрических приставок, и воздействуют усиленными сигналами на серводвигатели механических регуляторов подачи топлива в камеры сгорания первичных двигателей автономных дизель-генераторов, посредством которых распределяют нагрузку электрической сети, приходящуюся на долю каждого автономного дизель-генератора с равными коэффициентами полезного действия, поровну. Причем при частичных нагрузках главного двигателя и автономных дизель-генераторов, когда утилизационные газотурбогенераторы их турбокомаундных систем наддувочного воздуха работают в двигательных режимах, сигналы их нагрузок, формируемые реверсивными датчиками мощности, на входы дополнительного сумматора сигналов блока параллельной работы блокируют посредством блокирующих диодов на данных входах.The technical problem posed is achieved by the fact that in the known method for automatic regulation of the voltage frequency, programming and distribution of the electrical network load during parallel operation of an autonomous diesel generator and a utilization steam turbine generator, based on the use of mechanical regulators of energy supply on the primary engines of both generators, containing servo motors at the input, and on the generators - electrical attachments containing each active current sensor, a load signal comparator and a signal amplifier, and the electrical attachment of the utilization steam turbine generator, in addition, also a sensor of the actual voltage frequency and a frequency signal comparator, while the outputs of the amplifier of the electrical attachment of each generator are connected to the terminals of the servomotor of the corresponding a mechanical regulator for the supply of an energy carrier, as well as a parallel operation unit as part of an adder of load signals in parallel operating generators c, connected by its inputs to the outputs of the active current sensors of the autonomous diesel generator and the utilization steam generator through the auxiliary contacts of their circuit breakers, and a differential subunit connected by the inputs to the outputs of the specified summator of load signals and the active current sensor of the utilization steam turbine generator through the block contact of its circuit breaker , and the output - with the master input of the comparator of the load signals of the electric attachment of the autonomous diesel generator, and consisting in the fact that during the parallel operation of the autonomous diesel generator and the utilization steam turbine generator, the actual frequency of the voltage at the terminals of its synchronous generator is measured in the electric attachment of the utilization steam turbine generator by means of a frequency sensor , the signals of the actual frequency of the voltage are compared by means of a frequency signal comparator with the reference frequency set in advance by the operator, the difference signal of this comparator is amplified by unit of the amplifier and send it to the servomotor of the mechanical regulator of the steam supply of the steam turbine, which maintains an astatic frequency regulatory characteristic in the utilization steam turbine generator. Their current loads are measured by means of active current sensors of the electrical attachments of both generating sets, and the measured signals are sent through the block contacts of the generator circuit breakers to the inputs of the load signal adder of the parallel operation unit, as well as from the autonomous diesel generator to the first input of the load signal comparator of its electrical attachments, and at the steam turbine generator - to the first input of the differential subunit of the parallel operation unit. The measured load signals are summed by means of a signal adder and the total load of the electrical network is determined. Its resulting signal is sent to the second input of the differential subunit and the signal of the current load of the utilization steam turbine generator is subtracted from this signal. The signal of the difference of the differential subunit is sent to the second input of the comparator of the load signals of the autonomous diesel generator as a signal of the load setting for it, and the signal of the given load of the autonomous diesel generator is compared by means of this comparator with the signal of its actual (current) load. If they do not coincide, this comparator generates a difference signal, amplifies it by means of an amplifier and acts on the servo motor of the fuel supply regulator of an autonomous diesel generator, thereby correcting its current load adequately to the change in the potentially available power of the utilization steam generator and the load of the electrical network, characterized in that instead of utilization steam turbine generator in parallel with several autonomous diesel generators, utilization gas turbine generators of turbo-compound charge air systems of these diesel generators and the main engine of the ship, containing each booster electric machine coaxially connected to the shaft of a known turbocharger and connected to the electrical network through a circuit breaker and a static semiconductor a converter consisting of reversible electrical and network converters and their control subsystems, and equipped with reversible power sensors. And the parallel operation unit additionally contains a frequency channel, which includes a sensor of the actual (current) mains voltage frequency and a frequency signal comparator comparing the signal of the actual mains voltage frequency with the reference frequency signal, an additional adder of the load signals of the utilization gas turbine generators, a subunit of the average load signal of a separate autonomous diesel generator , an integrator of medium load signals of a separate diesel generator and a frequency channel. At the same time, during the period of parallel operation of several autonomous diesel generators and utilization gas turbine generators of the turbo-compound charge air systems of the main engine and these autonomous diesel generators, their active loads are additionally measured by means of reversible power sensors of the utilization gas turbine generators, and their signals are sent through the block contacts of their circuit breakers and blocking diodes to the inputs of an additional adder of load signals, by means of which the load signals of the utilization gas turbine generators are summed, and the resulting signal is sent to the input of the main adder of load signals of all parallel operating generators and the first input of the differential subunit. Further, from the resulting signal of the main adder by means of a differential subunit, the resulting signal of the additional signal adder is subtracted, obtaining a total load signal falling on all autonomous diesel generators, which is divided by the subunit of the average load signal of a separate diesel generator by the number of diesel generators operating in parallel. The received signal of the average load of a separate diesel generator by means of a signal integrator is summed with the output signal of the frequency channel of the parallel operation unit and, having received the signal of the command load of a separate diesel generator, it is sent to the parallel-connected master inputs of the load signal comparators of the electrical attachments of all autonomous diesel generators operating in parallel. By means of these comparators, the signal of a given load for a separate diesel generator is compared with its actual (current) load. The received signals of the difference between these comparators in the electric attachments of each autonomous diesel generator are amplified by means of amplifiers of these electric attachments, and they act with amplified signals on the servomotors of the mechanical regulators of fuel supply to the combustion chambers of the primary engines of autonomous diesel generators, by means of which the load of the electric network attributable to of each autonomous diesel generator with equal efficiency, equally. Moreover, at partial loads of the main engine and autonomous diesel generators, when the utilization gas turbine generators of their turbocombined charge air systems operate in engine modes, the signals of their loads generated by the reversible power sensors to the inputs of the additional signal adder of the parallel operation unit are blocked by means of blocking diodes at these inputs.
Экономически выгодно на судах, оборудованных винтом регулируемого шага и характеризующихся продолжительными ходовыми режимами (первый частный случай), обеспечивать их электроснабжение в данных режимах от автономно действующего валогенератора, оборудованного такой же электрической приставкой, что и автономные дизель-генераторы, и вращаемого с постоянной частотой во всех нагрузочных режимах главного двигателя и при любой скорости хода судна, и утилизационного газотурбогенератора турбокомпаундной системы главного двигателя, подключенных к электросети через автоматические выключатели, а у газотурбогенератора, работающего при нагрузках главного двигателя выше 30% номинальной в генераторном режиме, еще и через обратимый полупроводниковый преобразователь. Автоматическое регулирование частоты напряжения и принудительное распределение активной нагрузки электрической сети между генерирующими агрегатами данного состава производят посредством блока параллельной работы и электрической приставки валогенератора так, что измеряют текущие нагрузки валогенератора посредством датчика активного тока его электрической приставки и бустерной электрической машины турбокомпаундной системы главного двигателя посредством ее реверсивного датчика мощности и посылают измеренные сигналы через блок-контакты их автоматических выключателей в блок параллельной работы на входы основного сумматора сигналов общей нагрузки электрической сети: напрямую - от датчика активного тока электрической приставки валогенератора, и через блокирующий диод и дополнительный сумматор сигналов - от реверсивного датчика мощности бустерной электрической машины турбокомпаундной системы главного двигателя. Сигнал общей нагрузки электрической сети с выхода основного сумматора сигналов направляют на вход дифференциального субблока, посредством которого из этого сигнала вычитают сигнал текущей нагрузки бустерной электрической машины, приходящий через дополнительный сумматор сигналов на второй вход дифференциального субблока. Затем полученный сигнал разности на его выходе суммируют в интеграторе сигналов с сигналом отклонения частоты напряжения электрической сети, формируемым компаратором сигналов частоты напряжения, и результирующий сигнал с выхода данного интегратора направляют через переключающий контакт промежуточного реле блока параллельной работы на задающий вход компаратора сигналов нагрузок электрической приставки валогенератора как сигнал задающей для него мощности. Здесь его сравнивают с сигналом действительной нагрузки валогенератора, приходящим с выхода датчика активной мощности той же электрической приставки валоегенратора. Выходным сигналом разности данного компаратора после его усиления воздействуют на серводвигатель механического регулятора подачи топлива главного двигателя, чем приводят развиваемую валогенератором мощность в соответствие с заданным блоком параллельной работы ее значением. Возрастающую на валогенераторе нагрузку контролируют компаратором сигнала максимальной нагрузки его электрической приставки, нагрузочный вход которой соединен с аналогичным входом компаратора сигналов нагрузок той же электрической приставки, а на задающем входе установлен программно сигнал максимально допустимой нагрузки валогенератора, равный 90% его номинального значения. При совпадении этих сигналов с выхода данного компаратора снимают предупредительный сигнал, который направляют через элемент типа «ИЛИ» на промежуточное предупредительное реле, и через его замыкающий контакт посылают на подсистему дистанционного автоматизированного управления (ДАУ) резервным автономным дизель-генератором сигнал его запуска. После ввода данного автономного дизель-генератора в действие в блок параллельной работы посылают через блок-контакт его автоматического выключателя и логический элемент типа «ИЛИ» исполнительный сигнал на промежуточное реле, переключающим контактом которого выход интегратора сигналов данного блока параллельной работы переключают на задающий вход электрической приставки введенного в действие автономного дизель-генератора, а на задающем входе компаратора сигналов нагрузок электрической приставки валогенератора устанавливают нулевой сигнал. На выходе данного компаратора формируют сигнал уменьшения подачи топлива главного двигателя, который посылают на серводвигатель его механического регулятора подачи топлива, и приступают тут же к контролю снижающейся мощности валогенератора, измеряемой датчиком активного тока его электрической приставки, посредством компаратора сигнала нулевой нагрузки той же электрической приставки. Когда снижающаяся нагрузка валогенератора станет равной нулю, с выхода компаратора нулевой нагрузки посылают через усилитель сигнал вывода валогенератора из работы, который направляют в подсистему ДАУ данным валогенератором. Выходными сигналами данной подсистемы ДАУ выключают автоматический выключатель валогенератора и посылают в его автоматический регулятор напряжения сигнал гашения магнитного поля валогенератора.It is economically advantageous on ships equipped with an adjustable pitch propeller and characterized by long running modes (the first special case), to provide their power supply in these modes from an autonomously operating shaft generator equipped with the same electrical attachment as stand-alone diesel generators and rotating at a constant frequency during all load modes of the main engine and at any speed of the vessel, and the utilization gas turbine generator of the turbo compound system of the main engine, connected to the power grid through circuit breakers, and for a gas turbine generator operating at loads of the main engine above 30% nominal in generator mode, also through a reversible semiconductor converter ... Automatic regulation of the voltage frequency and forced distribution of the active load of the electric network between the generating units of this composition is carried out by means of a parallel operation unit and an electric attachment of the shaft generator so that the current loads of the shaft generator are measured by means of an active current sensor of its electric attachment and a booster electric machine of the turbo-compound system of the main engine by means of its reversible power sensor and send the measured signals through the auxiliary contacts of their circuit breakers to the parallel operation unit to the inputs of the main adder of the total load signals of the electrical network: directly - from the active current sensor of the electric attachment of the shaft generator, and through the blocking diode and additional signal adder - from the reversible power sensor booster electric machine of the turbo-compound system of the main engine. The signal of the total load of the electrical network from the output of the main signal adder is directed to the input of the differential subunit, by means of which the signal of the current load of the booster electric machine is subtracted from this signal, coming through the additional signal adder to the second input of the differential subunit. Then the resulting signal of the difference at its output is summed up in the signal integrator with the signal of the frequency deviation of the voltage of the electrical network, formed by the comparator of the voltage frequency signals, and the resulting signal from the output of this integrator is sent through the switching contact of the intermediate relay of the parallel operation unit to the master input of the comparator of the load signals of the electrical attachment of the shaft generator as a signal of the power setting for it. Here it is compared with the signal of the actual load of the shaft generator coming from the output of the active power sensor of the same electrical attachment of the shaft generator. The output signal of the difference of this comparator, after its amplification, acts on the servomotor of the mechanical regulator of the fuel supply of the main engine, thereby bringing the power developed by the shaft generator in accordance with its value specified by the parallel operation unit. The increasing load on the shaft generator is controlled by the comparator of the maximum load signal of its electrical attachment, the load input of which is connected to the analogous input of the comparator of the load signals of the same electrical attachment, and the signal of the maximum allowable load of the shaft generator is set at the master input, equal to 90% of its nominal value. When these signals coincide, a warning signal is removed from the output of this comparator, which is sent through an element of the OR type to an intermediate warning relay, and through its closing contact, a signal to start it is sent to the remote automated control (RAC) subsystem of a stand-alone diesel generator. After this autonomous diesel generator is put into operation in the parallel operation unit, an executive signal is sent through the block contact of its circuit breaker and the logical element of the "OR" type to an intermediate relay, the switching contact of which the output of the signal integrator of this parallel operation unit is switched to the master input of the electrical attachment an autonomous diesel generator put into operation, and a zero signal is set at the master input of the comparator of the load signals of the electric attachment of the shaft generator. At the output of this comparator, a signal is generated to reduce the fuel supply of the main engine, which is sent to the servomotor of its mechanical fuel supply regulator, and they immediately begin to control the decreasing power of the shaft generator, measured by the active current sensor of its electric attachment, by means of a zero load signal comparator of the same electric attachment. When the decreasing load of the shaft generator becomes equal to zero, from the output of the zero-load comparator, a signal is sent through the amplifier to remove the shaft generator from operation, which is sent to the DAE subsystem by this shaft generator. The output signals of this DAU subsystem turn off the automatic switch of the shaft generator and send a signal to quench the magnetic field of the shaft generator to its automatic voltage regulator.
Также экономически выгодно такое выполнение способа, при котором в ходовом режиме судна, оборудованного винтом фиксированного шага (второй частный случай), его электроснабжение производят от валогенератора, стабилизированного по частоте вращения посредством известного механического вариатора, состоящего из планетарной зубчатой передачи, соединенной с промежуточным мультипликаторным валом главного редуктора движительной установки, и дифференциального механизма в составе бустерной электрической машины, соединенной кинематически с регулирующим валом планетарной зубчатой передачи, а электрически - через обратимый полупроводниковый преобразователь и автоматический выключатель к сборным шинам главного распределительного щита (ГРЩ) и снабженной реверсивным датчиком мощности, соединенным через замыкающий блок-контакт автоматического выключателя данной бустерной машины с компаратором сигнала максимальной нагрузи данной бустерной электрической машины в электрической приставке валогенератора, и через блокирующий диод - с дополнительным сумматором сигналов нагрузок утилизационных генераторов блока параллельной аботы, при том, что датчик активного тока электрической приставки самого валогенератора соединен через замыкающий блок-контакт своего автоматического выключателя параллельно с входом основного сумматора сигналов нагрузок блока параллельной работы, а также и с входами компараторов сигналов максимальной и нулевой нагрузок валогенератора в его электрической приставке. В режимах полного хода судна электрическую сеть электроснабжают от стабилизированного валогенератора, работающего в автономном режиме, при поддержке бустерных электрических машин турбокомпаундной системы главного двигателя и дифференциального механизма механического вариатора валогенератора, а в режиме среднего хода - работающего в параллель с резервным автономным дизель-генератором при поддержке тех же бустерных электрических машин с присоединением к ним бустерной электрической машины турбокомпаундной системы резервного автономного дизель-генератора. При полном ходе судна, когда валогенератор работает автономно, измеряют текущие нагрузки валогенератора, утилизационного газотурбогенератора турбокомпаундной системы главного двигателя и бустерной электромашины дифференциального механизма, работающих в генераторном режиме, посредством их датчиков активного тока и мощности, посылают измеренные сигналы через блок-контакты их автоматических выключателей на входы основного сумматора сигналов общей нагрузки электрической сети блока параллельной работы и дополнительного сумматора сигналов нагрузок работающих утилизационного газотурбогенератора тубокомпаундной системы наддувочного воздуха главного двигателя и бустерной электрической машины дифференциального механизма механического вариатора валогенератора. Суммируют в основном и дополнительном сумматорах сигналов полученные сигналы текущих нагрузок генерирующих машин. Вычитают посредством первого дифференциального субблока из результирующего сигнала основного сумматора сигналов нагрузки электрической сети результирующий сигнал дополнительного сумматора сигналов и формируют на его выходе сигнал той части нагрузки электрической сети, которая приходится на валогенератор. Одновременно измеряют текущую частоту напряжения электрической сети посредством датчика действительной частоты напряжения блока параллельной работы, сравнивают посредством компаратора сигналов частоты напряжения его действительное значение с программно заданным. Сигнал разности данного компаратора посылают на интегратор сигналов нагрузочного и частотного каналов блока параллельной работы, а выходной сигнал данного интегратора, как сигнал задающей мощности валогенератора, посылают через переключающие контакты промежуточного исполнительного реле блока параллельной работы и предупредительного реле электрической приставки валогенератора на компаратор сигналов нагрузок в электрической приставке валогенератора и сравнивают его с сигналом действительной нагрузки валогенератора. Сигнал разности на выходе данного компаратора посылают через усилитель на подсистему управления обратимым полупроводниковым преобразователем бустерной электрической машины дифференциального механизма механического вариатора валогенератора, регулируют ток и электромагнитный момент бустерной электрической машины, корректируют за счет этого частоту вращения выходного вала планетарной зубчатой передачи и вала валогенератора, стабилизируя тем самым частоту напряжения на клеммах его якорной обмотки. При этом сравнивают измеренные сигналы мощности валогенератора и бустерной электрической машины посредством компараторов их максимальных нагрузок в электрической приставке валогенератора с установленными программой на их задающих входах предельными значениями, равными 90% номинального для валогенератора и 100% для бустерной электрической машины дифференциального механизма. При превышении измеренными сигналами мощности любой из этих машин установленного программой предельного значения формируют на выходе указанных компараторов предупредительные сигналы, которыми воздействуют через элемент типа «ИЛИ» на промежуточное предупредительное реле; переключающим контактом данного предупредительного реле посылают на задающий вход компаратора сигналов нагрузок валогенератора его электрической приставки программно установленный сигнал предельной мощности, равный 90% ее номинального значения, а замыкающим контактом того же промежуточного предупредительного реле формируют сигнал запуска резервного автономного дизель-генератора, направляемый в его подсистему ДАУ. Производят известным способом посредством данной подсистемы ДАУ запуск резервного автономного дизель-генератора и его турбокомпаундной системы наддува посредством ее бустерной электрической машины, работающей в двигательном режиме. Синхронизируют известным способом автономный дизель-генератор с валогенератором и подключают к сборным шинам главного распредщита посредством его автоматического выключателя. Его размыкающим контактом посылают исполнительный сигнал в субблок сигнала средней нагрузки отдельного автономного дизель-генератора блока параллельной работы, а замыкающим блок-контактом автоматического выключателя воздействуют через элемент типа «ИЛИ» блока параллельной работы на его промежуточное исполнительное реле. Переключающими контактами данного реле переключают выходы интегратора сигналов блока параллельной работы на задающий вход компаратора сигналов нагрузок электрической приставки введенного в работу резервного автономного дизель-генератора, а размыкающими контактом того же промежуточного исполнительного реле дешунтируют второй дифференциальный субблок блока параллельной работы и субблок сигнала средней нагрузки отдельного дизель-генератора. Затем интегрируют в дополнительном сумматоре сигналов блока параллельной работы сигналы мощностей утилизационных газотурбогенераторов турбокомпаундных систем главного двигателя и резервного автономного дизель-генератора, а также бустерной электрической машины дифференциального механизма механического вариатора, а в основном сумматоре того же блока - сигналы общей нагрузки электрической сети. Вычитают посредством первого дифференциального субблока блока параллельной работы из результирующего сигнала основного сумматора сигналов итоговый сигнал дополнительного сумматора сигналов, определяя общую нагрузку вало- и дизель-генераторов, а затем, посредством второго дифференциального субблока, вычитают из сигнала первого дифференциального субблока сигнал нагрузки валогенератора, получая на выходе второго дифференциального субблока сигнал задающей мощности введенного в действие резервного автономного дизель-генератора. Этот сигнал направляют через субблок сигнала средней нагрузки и интегратор на задающий вход компаратора сигналов нагрузок электрической приставки введенного в работу резервного автономного дизель-генератора, посредством которого сравнивают сигнал заданной мощности с сигналом его действительной нагрузки. Выходной сигнал разности данного компаратора усиливают посредством усилителя электрической приставки резервного автономного дизель-генератора и воздействуют им на серводвигатель его механического регулятора подачи топлива для принятия им нагрузки электрической сети сверх предельно допустимой мощности для валогенератора, равной 90% номинальной. В период работы автономного дизель-генератора с нагрузками, меньшими 30% номинальной, для подачи в его камеры сгорания наддувочного воздуха с оптимальными параметрами продолжают работу бустерной электрической машины турбокомпаундной системы данного автономного дизель-генератора в двигательном режиме, управляя ее обратимым полупроводниковым преобразователем посредством его подсистемы управления. При ходе судна со скоростью ниже экономической, но в пределах допустимого рабочего диапазона, для сохранения номинальных значений частоты вращения и частоты напряжения стабилизированного валогенератора, бустерную электрическую машину дифференциального механизма его механического вариатора переводят известным способом по сигналу, формируемому компаратором сигналов частоты напряжения блока параллельной работы, в двигательный режим посредством ее обратимого полупроводникового преобразователя и его подсистемы управления. При этом сигнал нагрузки, формируемый реверсивным датчиком мощности бустерной электрической машины и посылаемый на соответствующий вход дополнительного сумматора сигналов блока параллельной работы, блокируют посредством блокирующего диода; а при уменьшении скорости хода судна до значения, при котором частоту вращения входного вала планетарной зубчатой передачи снижают до наименьшего из рабочего диапазона предела, допустимого для хода судна с валогенератором, по сигналу, посылаемому машинным телеграфом на элемент типа «ИЛИ» электрической приставки валогенератора и дублируемому компаратором сигналов частот вращения входного вала планетарной зубчатой передачи, сравнивающим сигналы его действительной частоты вращения, измеряемой датчиком частоты вращения входного вала планетарной зубчатой передачи, с минимально допустимым программным значением, включают указанное предупредительное и дополнительно аварийно-предупредительное промежуточные реле. Посредством промежуточного предупредительного реле посылают команду в подсистему ДАУ резервным автономным дизель-генератором на ввод его в действие, как описано выше в данном частном случае. А переключающим контактом аварийно-предупредительного промежуточного реле формируют сигнал перевода нагрузки с валогенератора на введенный в работу резервный автономный дизель-генератор, посылаемый на задающий вход компаратора сигналов нагрузок электрической приставки валогенератора. Сигнал снятия нагрузки с валогенератора с выхода данного компаратора направляют на подсистему управления обратимым полупроводниковым преобразователем бустерной электрической машины дифференциального механизма механического вариатора валогенератора. Сигнал убывающей нагрузки валогенератора с выхода датчика активного тока его электрической приставки приходит на первый вход компаратора сигнала нулевой нагрузки, на втором входе которого устанавливают программно сигнал нулевой мощности. Когда сигналы на обоих входах данного компаратора становятся равными, на его выходе формируют сигнал вывода валогенератора из работы, который посылают на подсистему ДАУ валогенератором. По данному сигналу на выходе данной подсистемы формируют одновременно сигналы выключения автоматических выключателей валогенератора и бустерной электрической машины дифференциального механизма его механического вариатора, сигнал выключения разобщительной муфты на входном валу планетарной зубчатой передачи и сигнал гашения магнитного поля валогенератора посредством его автоматического регулятора напряжения.It is also economically advantageous to perform the method in which, in the running mode of a ship equipped with a fixed pitch propeller (second special case), its power supply is produced from a shaft generator stabilized in rotation frequency by means of a known mechanical variator consisting of a planetary gear train connected to an intermediate multiplier shaft the main gearbox of the propulsion system, and the differential mechanism as part of the booster electric machine, kinematically connected to the control shaft of the planetary gear train, and electrically through a reversible semiconductor converter and a circuit breaker to the busbars of the main switchboard (MSB) and equipped with a reversible power sensor connected through closing block-contact of the automatic switch of this booster machine with a comparator of the signal of the maximum load of this booster electric machine in the electric attachment of the shaft generator, and h through the blocking diode - with an additional adder of the load signals of the utilization generators of the parallel operation unit, while the active current sensor of the electric attachment of the shaft generator itself is connected through the closing block contact of its circuit breaker in parallel with the input of the main adder of the load signals of the parallel operation unit, as well as with inputs of comparators of signals of maximum and zero loads of the shaft generator in its electrical attachment. In the modes of full speed of the ship, the electric network is supplied from a stabilized shaft generator operating in an autonomous mode, with the support of booster electric machines of the turbo compound system of the main engine and the differential mechanism of the mechanical variator of the shaft generator, and in the middle speed mode - operating in parallel with a standby autonomous diesel generator with the support of the same booster electric machines with a booster electric machine of the turbo-compound system of a stand-by autonomous diesel generator connected to them. At full speed of the vessel, when the shaft generator operates autonomously, the current loads of the shaft generator, the utilization gas turbine generator of the turbo-compound system of the main engine and the booster electric machine of the differential mechanism operating in the generator mode are measured by means of their active current and power sensors, and the measured signals are sent through the block contacts of their circuit breakers. to the inputs of the main adder of the total load signals of the electrical network of the parallel operation unit and the additional adder of the load signals of the operating utilization gas turbine generator of the tube-compound charge air system of the main engine and the booster electric machine of the differential mechanism of the mechanical variator of the shaft generator. The received signals of the current loads of generating machines are summed in the main and additional signal adders. By means of the first differential subunit, the resulting signal of the additional signal adder is subtracted from the resultant signal of the main adder of the electrical network load signals, and the signal of that part of the electrical network load that falls on the shaft generator is formed at its output. At the same time, the current frequency of the voltage of the electric network is measured by means of the sensor of the actual frequency of the voltage of the parallel operation unit, and its actual value is compared with the programmed value by means of a comparator of voltage frequency signals. The signal of the difference of this comparator is sent to the integrator of the signals of the load and frequency channels of the parallel operation unit, and the output signal of this integrator, as a signal of the driving power of the shaft generator, is sent through the switching contacts of the intermediate operating relay of the parallel operation unit and the warning relay of the electric attachment of the shaft generator to the comparator of the load signals in the electrical shaft generator attachment and compare it with the actual load signal of the shaft generator. The signal of the difference at the output of this comparator is sent through an amplifier to the control subsystem of the reversible semiconductor converter of the booster electric machine of the differential mechanism of the mechanical variator of the shaft generator; the very frequency of the voltage at the terminals of its armature winding. In this case, the measured power signals of the shaft generator and the booster electric machine are compared by means of their maximum load comparators in the electric attachment of the shaft generator with the limit values set by the program at their master inputs, equal to 90% of the nominal for the shaft generator and 100% for the booster electric machine of the differential mechanism. When the measured power signals of any of these machines exceed the limit value set by the program, warning signals are generated at the output of these comparators, which act through an element of the "OR" type on an intermediate warning relay; the switching contact of this warning relay sends a programmable limit power signal equal to 90% of its nominal value to the master input of the comparator of the load signals of the shaft generator of its electrical attachment, and the closing contact of the same intermediate warning relay generates a start signal of the standby autonomous diesel generator sent to its subsystem DOWE. The standby autonomous diesel generator and its turbo-compound pressurization system by means of its booster electric machine operating in the motor mode is carried out in a known manner by means of this DAU subsystem. An autonomous diesel generator with a shaft generator is synchronized in a known manner and connected to the busbars of the main switchboard by means of its circuit breaker. Its opening contact sends an executive signal to the subunit of the average load signal of a separate autonomous diesel generator of the parallel operation unit, and the closing block contact of the circuit breaker acts through the OR element of the parallel operation unit on its intermediate executive relay. Switching contacts of this relay switch the outputs of the signal integrator of the parallel operation unit to the master input of the load signal comparator of the electrical attachment of the standby stand-alone diesel generator put into operation, and the second differential subunit of the parallel operation unit and the subunit of the average load signal of a separate diesel engine are dehunted by the opening contact of the same intermediate operating relay. -generator. Then, in the additional adder of signals of the parallel operation unit, the power signals of the utilization gas turbine generators of the turbo-compound systems of the main engine and the stand-alone diesel generator, as well as the booster electric machine of the differential mechanism of the mechanical variator are integrated, and in the main adder of the same unit - the signals of the total load of the electrical network. By means of the first differential subunit of the parallel operation unit, the final signal of the additional signal adder is subtracted from the resulting signal of the main signal adder, determining the total load of the shaft and diesel generators, and then, by means of the second differential subunit, the load signal of the shaft generator is subtracted from the signal of the first differential subunit, obtaining on the output of the second differential subunit is the driving power signal of a stand-by stand-alone diesel generator. This signal is sent through the subunit of the average load signal and the integrator to the master input of the comparator of the load signals of the electrical attachment of the standby stand-alone diesel generator put into operation, by means of which the signal of the given power is compared with the signal of its actual load. The output signal of the difference of this comparator is amplified by means of an amplifier of the electric attachment of a stand-by autonomous diesel generator and acts on the servomotor of its mechanical fuel supply regulator to accept the load of the electrical network in excess of the maximum allowable power for the shaft generator, equal to 90% of the nominal. During the period of operation of an autonomous diesel generator with loads less than 30% of the nominal, to supply charge air with optimal parameters to its combustion chambers, the booster electric machine of the turbo-compound system of this autonomous diesel generator continues to operate in a motor mode, controlling its reversible semiconductor converter through its subsystem management. When the vessel moves at a speed lower than the economic one, but within the permissible operating range, in order to maintain the nominal values of the rotational speed and voltage frequency of the stabilized shaft generator, the booster electric machine of the differential mechanism of its mechanical variator is transferred in a known way according to the signal generated by the voltage frequency signal comparator of the parallel operation unit, into the motor mode by means of its reversible semiconductor converter and its control subsystem. In this case, the load signal generated by the reversible power sensor of the booster electric machine and sent to the corresponding input of the additional signal adder of the parallel operation unit is blocked by means of a blocking diode; and when the speed of the vessel is reduced to a value at which the frequency of rotation of the input shaft of the planetary gear train is reduced to the lowest of the operating range of the limit admissible for the course of the vessel with a shaft generator, according to a signal sent by the machine telegraph to the "OR" type element of the electric attachment of the shaft generator and duplicated a comparator of the signals of the rotational speed of the input shaft of the planetary gear, comparing the signals of its actual rotational speed, measured by the sensor of the rotational speed of the input shaft of the planetary gear, with the minimum permissible program value, include the specified warning and, additionally, the emergency warning intermediate relays. By means of an intermediate warning relay, a command is sent to the DAU subsystem by a stand-by stand-alone diesel generator to put it into operation, as described above in this particular case. And the switching contact of the emergency-warning intermediate relay generates a signal for transferring the load from the shaft generator to the commissioned standby autonomous diesel generator, which is sent to the master input of the comparator of the load signals of the electric attachment of the shaft generator. The signal of removing the load from the shaft generator from the output of this comparator is directed to the control subsystem of the reversible semiconductor converter of the booster electric machine of the differential mechanism of the mechanical variator of the shaft generator. The signal of the decreasing load of the shaft generator from the output of the active current sensor of its electrical attachment arrives at the first input of the comparator of the zero load signal, at the second input of which a zero power signal is set in software. When the signals at both inputs of this comparator become equal, at its output a signal is generated to take the shaft generator out of operation, which is sent to the DAU subsystem by the shaft generator. According to this signal, at the output of this subsystem, signals are simultaneously generated to turn off the automatic switches of the shaft generator and the booster electric machine of the differential mechanism of its mechanical variator, the signal to turn off the disconnecting clutch on the input shaft of the planetary gear train and the signal to quench the magnetic field of the shaft generator by means of its automatic voltage regulator.
Экономически выгодно и эксплуатационно оправдано (третий частный случай) такое выполнение способа автоматического регулирования частоты напряжения и принудительного распределения нагрузки в электросистеме, содержащей валогенератор с электромагнитным возбуждением, вращаемый гребным валом с переменной угловой скоростью и подключенный электрически к сборным шинам ГРЩ посредством автоматического выключателя и статического преобразователя частоты напряжения со звеном постоянного тока в составе полупроводниковых электромашинного выпрямителя и сетевого IGBT-транзисторного инвертора с подсистемой управления этим инвертором и снабженного электрической приставкой и независимым управляемым полупроводниковым выпрямителем-возбудителем с его подсистемой управления, при ходе судна полным ходом его электроснабжение производят от стабилизированного по частоте напряжения валогенератора, работающего в автономном режиме, совместно с утилизационным газотурбогенератором турбокомпаундной системы наддувочного воздуха главного двигателя, при этом выходной сигнал компаратора сигналов нагрузок электрической приставки валогенератора, направляют через усилитель на подсистему управления независимым управляемым полупроводниковым выпрямителем-возбудителем валогенератора, изменяют угол управления у его полупроводниковых приборов, регулируя за счет этого напряжение и ток возбуждения валогенератора, электродвижущую силу (ЭДС) его якорной обмотки, ток нагрузки и развиваемую мощность; а задающий сигнал компаратора сигналов частоты напряжения блока параллельной работы, направляют через переключающий контакт промежуточного исполнительного реле блока параллельной работы на подсистему управления сетевым полупроводниковым инвертором статического преобразователя частоты напряжения валогенератора, который используют в данном транзисторного случае в режиме автономного инвертора, поддерживая при этом неизменной частоту переключений его фазных полупроводниковых приборов, а следовательно, и частоту напряжения электрической сети. Одновременно измеряют текущую нагрузку валогенератора датчиком активного тока его электрической приставки, и ее сигнал сравнивают посредством компаратора сигнала максимальной нагрузки с сигналом установленного программой его верхнего предельного значения, равного 90% его номинальной мощности, и когда данные сигналы становятся равными, данным компаратором формируют сигнал включения промежуточного предупредительного реле в электрической приставке валогенератора, переключающим контактом которого фиксируют его нагрузку на уровне установленного программой верхнего предельного значения, для чего соединяют параллельно задающие входы компаратора сигналов нагрузок и компаратора сигнала максимальной нагрузки, и одновременно замыкающим контактом предупредительного промежуточного реле формируют команду на запуск резервного автономного дизель-генератора, которую посылают на его подсистему ДАУ. Запускают одновременно посредством данной подсистемы ДАУ по известным программам резервный автономный дизель-генератор, а также и бустерную электрическую машину его турбокомпаундной системы наддувочного воздуха, вводимую в работу в двигательном режиме посредством ее автоматического выключателя и обратимого полупроводникового преобразователя, и включают затем известным способом автоматический выключатель резервного автономного дизель-генератора, блок-контактом которого в блоке параллельной работы дополнительно включают промежуточное исполнительное реле, размыкающими контактами которого дешунтируют второй дифференциальный субблок и субблок сигнала средней нагрузки отдельного дизель-генератора, одновременно переключающими контактами данного исполнительного реле пересоединяют выход частотного канала блока параллельной работы на вход интегратора сигналов, а выход данного интегратора сигналов пересоединяют на задающий вход компаратора сигналов нагрузок электрической приставки введенного в работу резервного автономного дизель-генератора, а вход подсистемы управления инвертором статического преобразователя частоты напряжения подключают через синхронизирующий трансформатор к выходным клеммам фильтра высших гармоник тока для работы в режиме инвертора, ведомого сетью. Одновременно измеряют и текущую частоту вращения гребного вала и встроенного в него ротора валогенератора посредством датчика частоты вращения, сравнивают его сигнал в электрической приставке валогенератра посредством двух компараторов сигналов - средней частоты вращения и наименьшей частоты вращения - с установленными программой средним и минимально допустимым значениями частоты вращения ротора валогенератора; в случае совпадения сигнала действительной частоты вращения с установленным программой ее средним значением, его компаратором формируют предупредительный сигнал, которым включают посредством элемента типа «ИЛИ» промежуточное предупредительное реле электрической приставки валогенератора, замыкающим контактом которого посылают команду на подсистему ДАУ резервным автономным дизель-генератором на его запуск одновременно с утилизационным газотурбогенератором турбокомпаундной системы наддувочного воздуха данного автономного дизель-генератора; по данной команде производят запуск по известной программе и подключение данного автономного дизель-генератора на параллельную работу с валогенератором как рассмотрено выше для случая его предельной нагрузки; а в случае совпадения сигнала действительной частоты вращения ротора валогенератора с сигналом установленного программой минимально допустимого ее значения, компаратором данного сигнала включают посредством другого элемента типа «ИЛИ» оба промежуточных реле электрической приставки: предупредительное и аварийно-предупредительное; посредством промежуточного предупредительного реле также посылают команду на запуск резервного автономного дизель-генератора одновременно с утилизационным газотурбогенератором турбокомпаундной системы наддувочного воздуха данного автономного дизель-генератора, исполняемую таким же образом, что и в случае формирования предупредительных сигналов, описанных выше. Одновременно с этим сразу после включения обоих промежуточных реле на задающий вход компаратора сигналов нагрузок электрической приставки валогенератора посылают нулевой сигнал, и с выхода данного компаратора направляют команду в подсистему управления независимым управляемым полупроводниковым выпрямителем-возбудителем «Снятие нагрузки с валогенератора» и перевод ее на введенный в действие автономный дизель-генератор; этим сигналом, воздействуя на угол управления полупроводниковыми приборами выпрямителя-возбудителя, снижают напряжение, ток возбуждения, ЭДС якорной обмотки, ток и мощность валогенератора; снижение мощности валогенератора контролируют компаратором нулевой нагрузки его электрической приставки, которым при снижении его нагрузки до нуля формируют команду вывода валогенератора из работы, которую посылают на вход подсистемы ДАУ данным валогенератором; с ее выхода снимают сигналы выключения автоматических выключателей валогенератора и его независимого полупроводникового выпрямителя-возбудителя, а также сигнал «Запрет работы», посылаемый на блокирующий вход подсистемы управления данным выпрямителем-возбудителем; аналогичный аварийно-предупредительный сигнал формируют с упреждением посредством данных промежуточных реле электрической приставки валогенератора также и в том случае, когда от машинного телеграфа приходит команда на установление хода судна с минимально допустимой для стабилизированного валогенератора частотой вращения гребного вала, равной 40% номинальной.It is economically and operationally justified (third special case) such an implementation of the method for automatic regulation of the voltage frequency and forced distribution of the load in an electrical system containing a shaft generator with electromagnetic excitation, rotated by a propeller shaft with a variable angular speed and electrically connected to the main busbars of the main switchboard by means of a circuit breaker and a static converter voltage frequency with a direct current link as part of a semiconductor electric machine rectifier and a network IGBT-transistor inverter with a control subsystem for this inverter and equipped with an electric attachment and an independent controlled semiconductor rectifier-exciter with its control subsystem, during the course of the ship at full speed its power supply is produced from a frequency stabilized voltage of a shaft generator operating in an autonomous mode, together with a utilization gas-turbine generator of a turbo-compound supercharging system air of the main engine, while the output signal of the load signal comparator of the electric attachment of the shaft generator is sent through an amplifier to the control subsystem of an independent controlled semiconductor rectifier-exciter of the shaft generator, the control angle of its semiconductor devices is changed, thereby regulating the voltage and excitation current of the shaft generator, the electromotive force ( EMF) of its armature winding, load current and developed power; and the reference signal of the voltage frequency signal comparator of the parallel operation unit is directed through the switching contact of the intermediate executive relay of the parallel operation unit to the control subsystem of the network semiconductor inverter of the static voltage frequency converter of the shaft generator, which is used in this transistor case in the stand-alone inverter mode, while maintaining a constant switching frequency its phase semiconductor devices, and therefore the frequency of the voltage of the electrical network. At the same time, the current load of the shaft generator is measured by the active current sensor of its electrical attachment, and its signal is compared by means of a maximum load signal comparator with the signal of its upper limit value set by the program, equal to 90% of its rated power, and when these signals become equal, this comparator generates a signal to turn on the intermediate a warning relay in the electric attachment of the shaft generator, the switching contact of which fixes its load at the level of the upper limit value set by the program, for which the setting inputs of the load signal comparator and the maximum load signal comparator are connected in parallel, and at the same time the closing contact of the warning intermediate relay form a command to start the stand-by autonomous diesel engine -generator, which is sent to its DAU subsystem. A standby autonomous diesel generator, as well as a booster electric machine of its turbo-compound charge air system, which is put into operation in a motor mode by means of its automatic switch and a reversible semiconductor converter, is started simultaneously by means of this subsystem of the DAU according to known programs, and then turn on the automatic switch of the reserve an autonomous diesel generator, the auxiliary contact of which in the parallel operation unit additionally includes an intermediate executive relay, the opening contacts of which dehun the second differential subunit and the subunit of the average load signal of a separate diesel generator, at the same time the switching contacts of this executive relay reconnect the frequency channel output of the parallel operation unit to the input of the signal integrator, and the output of this signal integrator is reconnected to the reference input of the comparator of the load signals of the electrical attachment introduced into the pa a backup autonomous diesel generator, and the input of the inverter control subsystem of the static voltage frequency converter is connected through a synchronizing transformer to the output terminals of the higher harmonic current filter for operation in the mode of a grid-driven inverter. At the same time, the current speed of the propeller shaft and the shaft generator rotor built into it is measured by means of a speed sensor, its signal is compared in the electric attachment of the shaft generator by means of two signal comparators - the average speed and the lowest speed - with the average and minimum permissible values of the rotor speed set by the program shaft generator; if the signal of the actual speed of rotation coincides with the average value set by the program, a warning signal is generated by its comparator, which is turned on by means of an element of the "OR" type, the intermediate warning relay of the electric attachment of the shaft generator, the closing contact of which sends a command to the DAU subsystem by a stand-by autonomous diesel generator to its launch, simultaneously with the utilization gas turbine generator, of the turbo-compound charge air system of this autonomous diesel generator; this command is used to launch according to a known program and connect this autonomous diesel generator to parallel operation with the shaft generator as discussed above for the case of its maximum load; and if the signal of the actual rotational speed of the shaft generator rotor coincides with the signal of the minimum allowable value set by the program, the comparator of this signal turns on, by means of another element of the "OR" type, both intermediate relays of the electrical attachment: warning and emergency warning; by means of an intermediate warning relay, a command is also sent to start the standby autonomous diesel generator simultaneously with the utilization gas turbine generator of the turbo-compound charge air system of this autonomous diesel generator, executed in the same way as in the case of generating the warning signals described above. At the same time, immediately after turning on both intermediate relays, a zero signal is sent to the master input of the load signal comparator of the electric attachment of the shaft generator, and from the output of this comparator a command is sent to the control subsystem of an independent controlled semiconductor rectifier-exciter "Removing the load from the shaft generator" and transferring it to the input operation of an autonomous diesel generator; by this signal, acting on the control angle of the semiconductor devices of the rectifier-exciter, the voltage, excitation current, EMF of the armature winding, current and power of the shaft generator are reduced; the decrease in the power of the shaft generator is controlled by a zero load comparator of its electrical attachment, which, when its load is reduced to zero, form a command to withdraw the shaft generator from work, which is sent to the input of the DAU subsystem by this shaft generator; from its output, the signals for turning off the automatic switches of the shaft generator and its independent semiconductor rectifier-exciter are removed, as well as the "Prohibition of operation" signal sent to the blocking input of the control subsystem of this rectifier-exciter; A similar alarm is generated in advance by means of these intermediate relays of the electric attachment of the shaft generator also in the case when a command is received from the engine telegraph to establish the course of the vessel with the minimum permissible propeller shaft speed for the stabilized shaft generator, equal to 40% of the nominal one.
Эксплуатационно оправдано и технически целесообразно (в четвертом частном случае) использовать на судах, оборудованных винтом фиксированного шага, стабилизированный по частоте напряжения валогенератор, который возбуждают от постоянных магнитов, поэтому обмотку возбуждения и питающий ее полупроводниковый выпрямитель-возбудитель упраздняют, а в составе статического преобразователя частоты напряжения, включенного в цепь его якорной обмотки, электромашинный выпрямитель выполняют на управляемых полупроводниковых приборах, снабженных отдельной подсистемой управления; при этом в ходовом режиме судна в период работы стабилизированного валогенератора в автономном режиме совместно с утилизационным газотурбогенератором турбокомпаундной системы наддувочного воздуха главного двигателя сигнал задающей мощности с выхода интегратора сигналов блока параллельной работы и сигнал с выхода автоматического регулятора напряжения, подключенный своим входом к выходу фильтра-реактора, направляют на подсистему управления электромашинным управляемым полупроводниковым выпрямителем статического преобразователя частоты напряжения, а при выводе стабилизированного валогенератора из работы по аварийно-предупредительному сигналу, команды «Снятие нагрузки с валогенератора» с выхода компаратора сигналов нагрузок электрической приставки валогенератора и «Запрет работы» с выхода подсистемы ДАУ валогенератором посылают на подсистему управления тем же управляемым полупроводниковым электромашинным выпрямителем статического преобразователя частоты напряжения. При этом сигналом последней команды «Запрет работы» снимают питание с электромашинного полупроводникового преобразователя статического полупроводникового преобразователя частоты напряжения валогенератора посредством разъединителя, установленного в цепи его якорной обмотки.It is operationally justified and technically expedient (in the fourth particular case) to use, on ships equipped with a fixed pitch propeller, a voltage frequency stabilized shaft generator, which is excited by permanent magnets; therefore, the excitation winding and the semiconductor exciter rectifier feeding it are eliminated, and as part of the static frequency converter the voltage included in the circuit of its armature winding, the electric machine rectifier is performed on controlled semiconductor devices equipped with a separate control subsystem; at the same time, in the running mode of the ship during the period of operation of the stabilized shaft generator in autonomous mode together with the utilization gas turbine generator of the turbo-compound charge air system of the main engine, the reference power signal from the output of the signal integrator of the parallel operation unit and the signal from the output of the automatic voltage regulator connected by its input to the output of the filter-reactor , are sent to the control subsystem of an electromachine controlled semiconductor rectifier of a static voltage frequency converter, and when the stabilized shaft generator is taken out of operation on an emergency warning signal, the commands "Remove the load from the shaft generator" from the output of the load signal comparator of the electrical attachment of the shaft generator and "Inhibit operation" from the output of the subsystem The DAU is sent by the shaft generator to the control subsystem with the same controlled semiconductor electric machine rectifier of the static voltage frequency converter. In this case, by the signal of the last command "Prohibition of operation", power is removed from the electric machine semiconductor converter of the static semiconductor voltage frequency converter of the shaft generator by means of a disconnector installed in the circuit of its armature winding.
А в пятом частном случае при установке на судах, оборудованных винтом фиксированного шага и обладающих высокой энерговооруженностью, стабилизированного синхронного валогенератора мегаваттного мощностного ряда с электромагнитным возбуждением от независимого управляемого выпрямителя-возбудителя, когда его статический полупроводниковый преобразователь частоты напряжения, работающий в комплекте с синхронным компенсатором и его автоматическим регулятором напряжения, подключенных к его выходу, выполняют на тиристорах, а его сетевой полупроводниковый преобразователь используют во всех режимах работы стабилизированного валогенератора - как одиночном, так и в параллель с автономным дизель-генератором - в режиме инвертора, ведомого сетью, тогда реализуют такой способ автоматического регулирования частоты напряжения и принудительного распределения нагрузки между параллельно работающими разнотипными генераторами, при котором в период автономной работы стабилизированного валогенератора совместно с утилизационным газотурбогенератором турбокомпаундной системы наддувочного воздуха главного двигателя на задающий вход компаратора сигналов нагрузок электрической приставки валогенератора направляют объединенный сигнал нагрузочного и частотного каналов блока параллельной работы с выхода его интегратора сигналов, а выходной сигнал самого данного компаратора сигналов нагрузок электрической приставки валогенератора направляют через усилитель сигнала на вход подсистемы управления независимым полупроводниковым вьшрямителем-возбудителем валогенератора, при этом на синхронизирующий вход подсистемы управления сетевым полупроводниковым тиристорным инвертором, ведомым сетью, статического преобразователя частоты напряжения синхронизирующие сигналы посылают с клемм фильтра-реактора через синхронизирующий трансформатор напряжения с частотой ЭДС, наводимой в якорной обмотке синхронного компенсатора, напряжение которого регулируют посредством его автоматического регулятора напряжения; а при выводе стабилизированного валогенератора из работы по аварийно-предупредительному сигналу, команды «Снятие нагрузки» с выхода компаратора сигналов нагрузок электрической приставки валогенератора и «Запрет работы» с выхода подсистемы ДАУ валогенратором посылают на входы подсистемы управления тем же независимым управляемым полупроводниковым вьшрямителем-возбудителем и автоматических выключателей валогенератора и его управляемого полупроводникового выпрямителя-возбудителя.And in the fifth special case, when installed on ships equipped with a fixed-pitch propeller and having a high power-to-weight ratio, a stabilized synchronous shaft generator of a megawatt power series with electromagnetic excitation from an independent controlled rectifier-exciter, when its static semiconductor voltage frequency converter, working complete with a synchronous compensator and its automatic voltage regulator connected to its output is performed on thyristors, and its network semiconductor converter is used in all modes of operation of a stabilized shaft generator - both single and in parallel with an autonomous diesel generator - in the mode of an inverter driven by the network, then such a method for automatic regulation of the voltage frequency and forced distribution of the load between parallel operating different types of generators, in which, during the autonomous operation of the stabilized shaft generator, together with The combined signal of the load and frequency channels of the parallel operation unit from the output of its signal integrator is sent to the reference input of the load signal comparator of the electric attachment of the shaft generator using the utilization gas turbine generator of the turbo compound system of the charge air of the main engine, and the output signal of this very comparator of the load signals of the electric attachment of the shaft generator is sent through the signal amplifier to the input control subsystems of an independent semiconductor rectifier-exciter of the shaft generator, while the synchronizing signals are sent from the terminals of the filter-reactor through the synchronizing voltage transformer with the frequency of the EMF induced in the armature winding of the synchronous compensating voltage to the synchronizing input of the control subsystem of the network semiconductor thyristor inverter driven by the network, the static voltage frequency converter , the voltage of which is regulated by means of its automatic voltage regulator; and when the stabilized shaft generator is taken out of operation on an emergency warning signal, the commands "Remove load" from the output of the load signal comparator of the electric attachment of the shaft generator and "Disable operation" from the output of the DAU subsystem are sent by the shaft generator to the inputs of the control subsystem with the same independent controlled semiconductor exciter-exciter and automatic switches of the shaft generator and its controlled semiconductor rectifier-exciter.
Таким образом достигается поставленная техническая задача.Thus, the set technical task is achieved.
Ограничительные и отличительные признаки заявляемого изобретения обеспечивают в совокупности решение поставленной задачи с получением следующих результатов:The limiting and distinctive features of the claimed invention, in the aggregate, provide a solution to the problem with the following results:
1) расширяют области применения способа-прототипа на случаи параллельной работы:1) expand the scope of the prototype method for cases of parallel operation:
- нескольких автономных дизель-генераторов с несколькими утилизационными газотурбогенераторами турбокомпаундных систем данных дизель-генераторов и главного двигателя, лишенными автономных регуляторов развиваемой мощности;- several autonomous diesel generators with several utilization gas turbine generators of the turbo compound systems of these diesel generators and the main engine, devoid of autonomous regulators of the developed power;
- валогенератора с утилизационными газотурбогенераторами турбокомпаундных систем главного двигателя и утилизационными генераторами иной природы, которые лишены автономных регуляторов развиваемой мощности;- a shaft generator with utilization gas turbine generators of the turbo-compound systems of the main engine and utilization generators of a different nature, which are devoid of autonomous regulators of the developed power;
- валогенератора, автономного дизель-генератора и утилизационных газотурбогенераторов турбокомпаундных систем данного дизель-генератора и главного двигателя, а также утилизационных генераторов иной природы, которые лишены автономных регуляторов развиваемой мощности;- a shaft generator, an autonomous diesel generator and utilization gas turbine generators of the turbo compound systems of this diesel generator and the main engine, as well as utilization generators of a different nature, which are devoid of autonomous regulators of the developed power;
2) снимают ограничения на работу автономных дизель-генераторов с частичными нагрузками менее 30% номинальной при параллельной работе с утилизационными генераторами с целью полного использования у последних их текущих располагаемых мощностей;2) remove restrictions on the operation of autonomous diesel generators with partial loads of less than 30% of the nominal one when operating in parallel with utilization generators in order to fully utilize their current available capacities at the latter;
3) упрощают схему электрических приставок автономных дизель-генераторов, повышая их надежность при снижении размеров, массы и стоимости;3) simplify the scheme of electric attachments of autonomous diesel generators, increasing their reliability while reducing size, weight and cost;
4) выполняют программирование максимально допустимых нагрузок и предельных режимов работающих генераторных агрегатов.4) carry out programming of the maximum permissible loads and limiting modes of operating generating sets.
5) реализуют распределение активной нагрузки электрической сети, подверженной частым изменениям по случайному закону в условиях переменных ходовых режимов судна и нестационарных режимов работы его главной и вспомогательных энергетических установок, по критерию достижения их наибольшей комплексной экономической и экологической эффективности.5) implement the distribution of the active load of the electrical network, subject to frequent changes according to a random law in the conditions of variable sailing modes of the vessel and non-stationary modes of operation of its main and auxiliary power plants, according to the criterion of achieving their greatest integrated economic and environmental efficiency.
1. Использование на современных судах утилизационных паротурбогенераторов в комплекте с утилизационными котлами глубокой утилизации энергии теплоты отработавших газов главного двигателя стало редкостью, в то время как в состав движительных установок судов все чаще начали включать валогенераторы, а главные двигатели и автономные дизель-генераторы оборудовать менее сложными, и в то же время более эффективными утилизационными газотурбогенераторами турбокомпаундных систем, в том числе и турбокомпаундных систем наддувочного воздуха. Судовые электростанции помимо традиционных генераторных агрегатов пополнились и пополняются источниками, основанными на использовании энергии вторичных ресурсов главной и вспомогательных энергетических установок. Естественно, возникает потребность в использовании таких способов регулирования электроснабжением судов, которые бы отличались полнотой использования вторичных источников электроэнергии при параллельной работе с традиционными генераторными агрегатами, прежде всего автономными дизель-генераторами и валогенераторами.1. The use of utilization steam turbine generators on modern ships, complete with utilization boilers for deep utilization of the heat energy of the exhaust gases of the main engine, has become a rarity, while shaft generators are increasingly included in the propulsion systems of ships, and the main engines and autonomous diesel generators are equipped with less complex , and at the same time more efficient utilization gas turbine generators of turbo compound systems, including turbo compound charge air systems. In addition to traditional generating sets, ship power plants have been supplemented and replenished with sources based on the use of energy from secondary resources of the main and auxiliary power plants. Naturally, there is a need to use such methods of regulating the power supply of ships, which would be distinguished by the completeness of the use of secondary sources of electricity in parallel operation with traditional generator sets, primarily autonomous diesel generators and shaft generators.
Ниже приведенный фрагмент заявленного технического решения распространяет применение способа-прототипа автоматического регулирования частоты напряжения и принудительного распределения активной нагрузки электрической сети судна на параллельную работу нескольких автономных дизель-генераторов с несколькими утилизационными газотурбогенераторами их собственных турбокомпаундных систем наддувочного воздуха и аналогичной системы главного двигателя: «…отличающийся тем, что вместо утилизационного паротурбогенератора в параллель с несколькими автономными дизель-генераторами работают утилизационные газотурбогенераторы турбокомпаундных систем наддувочного воздуха данных дизель-генераторов и главного двигателя судна, содержащие каждый бустерную электрическую машину на валу турбокомпрессора наддува, подключенную к электрической сети через автоматический выключатель и статический полупроводниковый преобразователь в составе обратимых электромашинного и сетевого полупроводниковых преобразователей и их подсистем управления, и снабженные реверсивными датчиками мощности. А блок параллельной работы содержит дополнительно частотный канал, включающий датчик действительной (текущей) частоты напряжения сети и компаратор сигналов частоты, сравнивающий сигнал действительной частоты напряжения сети с задающим сигналом частоты, второй сумматор сигналов нагрузок утилизационных газотурбогенераторов, субблок сигнала средней нагрузки отдельного дизель-генератора, интегратор сигналов средней нагрузки отдельного дизель-генератора и частотного канала. При этом в период параллельной работы нескольких автономных дизель-генераторов и утилизационных газотурбогенераторов турбокомпаундных систем наддувочного воздуха главного двигателя и указанных автономных дизель-генераторов измеряют дополнительно посредством реверсивных датчиков мощности утилизационных газотурбогенераторов их активные нагрузки и посылают их сигналы через блок-контакты их автоматических выключателей и блокирующие диоды на входы дополнительного сумматора сигналов нагрузок, посредством которого производят суммирование полученных сигналов нагрузок утилизационных газотурбогенераторов, и посылают результирующий сигнал на вход первого сумматора сигналов нагрузок всех параллельно работающих генераторов и первый вход дифференциального субблока. Далее из результирующего сигнала первого сумматора посредством дифференциального субблока вычитают результирующий сигнал дополнительного сумматора сигналов, получая сигнал общей нагрузки, приходящийся на все автономные дизель-генераторы, который делят посредством субблока сигнала средней нагрузки отдельного дизель-генератора на число параллельно работасигналы через блок-контакты их автоматических выключателей и блокирующие диоды на входы дополнительного сумматора сигналов нагрузок, посредством которого производят суммирование полученных сигналов нагрузок утилизационных газотурбогенераторов, и посылают результирующий сигнал на вход первого сумматора сигналов нагрузок всех параллельно работающих генераторов и первый вход дифференциального субблока. Далее из результирующего сигнала первого сумматора посредством дифференциального субблока вычитают результирующий сигнал дополнительного сумматора сигналов, получая сигнал общей нагрузки, приходящийся на все автономные дизель-генераторы, который делят посредством субблока сигнала средней нагрузки отдельного дизель-генератора на число параллельно работающих в параллель. Сравнивают посредством данных компараторов сигнал заданной нагрузки для отдельного дизель-генератора с его действительной (текущей) нагрузкой. Полученные сигналы разности в электрических приставках каждого автономного дизель-генератора усиливают посредством усилителей данных электрических приставок, и воздействуют усиленными сигналами на серводвигатели механических регуляторов подачи топлива в камеры сгорания первичных двигателей автономных дизель-генераторов, посредством которых распределяют нагрузку электрической сети, приходящуюся на долю каждого автономного дизель-генератора, поровну. Причем при частичных нагрузках главного двигателя и автономных дизель-генераторов, когда утилизационные газотурбогенераторы их турбокомаундных систем наддувочного воздуха работают в двигательных режимах, сигналы их нагрузок, формируемые реверсивными датчиками мощности, на входы второго сумматора блока параллельной работы блокируют посредством блокирующих диодов на данных входах…».The following fragment of the claimed technical solution extends the use of the prototype method for automatic voltage frequency control and forced distribution of the active load of the electrical network of the vessel for the parallel operation of several autonomous diesel generators with several utilization gas turbine generators of their own turbo-compound charge air systems and a similar main engine system: “... the fact that instead of a utilization steam turbine generator, in parallel with several autonomous diesel generators, utilization gas turbine generators of turbocomposite charge air systems of these diesel generators and the main engine of the vessel operate, containing each booster electric machine on the turbocharger shaft, connected to the electrical network through a circuit breaker and a static semiconductor converter as part of reversible electrical and network semiconductor converters and their control systems, and equipped with reversible power sensors. And the parallel operation unit additionally contains a frequency channel that includes a sensor of the actual (current) mains voltage frequency and a frequency signal comparator that compares the actual mains voltage frequency signal with the frequency reference signal, a second combiner for load signals of utilization gas turbine generators, a subunit for an average load signal of a separate diesel generator, integrator of medium load signals of a separate diesel generator and frequency channel. At the same time, during the period of parallel operation of several autonomous diesel generators and utilization gas turbine generators of the turbo compound charge air systems of the main engine and these autonomous diesel generators, their active loads are additionally measured by means of reversible power sensors of the utilization gas turbine generators and send their signals through the block contacts of their circuit breakers and blocking diodes to the inputs of an additional adder of load signals, by means of which the received signals of the loads of the utilization gas turbine generators are summed, and the resulting signal is sent to the input of the first adder of the load signals of all parallel operating generators and the first input of the differential subunit. Further, from the resulting signal of the first adder by means of a differential subunit, the resulting signal of the additional signal adder is subtracted, obtaining the total load signal falling on all autonomous diesel generators, which is divided by the subunit of the average load signal of a separate diesel generator by the number of parallel operation signals through the block contacts of their automatic switches and blocking diodes to the inputs of an additional adder of load signals, by means of which the received signals of the loads of the utilization gas turbine generators are summed, and the resulting signal is sent to the input of the first adder of the load signals of all parallel operating generators and the first input of the differential subunit. Further, the resulting signal of the additional signal adder is subtracted from the resultant signal of the first adder by means of a differential subunit, obtaining a total load signal for all autonomous diesel generators, which is divided by the subunit of the average load signal of a separate diesel generator by the number of parallel operating in parallel. By means of these comparators, the signal of a given load for a separate diesel generator is compared with its actual (current) load. The received signals of the difference in the electric attachments of each autonomous diesel generator are amplified by means of amplifiers of these electric attachments, and they act with amplified signals on the servomotors of the mechanical regulators of fuel supply to the combustion chambers of the primary engines of autonomous diesel generators, by means of which the load of the electric network attributable to the share of each autonomous diesel generator, equally. Moreover, at partial loads of the main engine and autonomous diesel generators, when the utilization gas turbine generators of their turbocombined charge air systems operate in engine modes, the signals of their loads generated by reversible power sensors are blocked at the inputs of the second adder of the parallel operation unit by means of blocking diodes at these inputs ... " ...
Из приведенного фрагмента заявляемого технического решения следует, что оно решает проблему наиболее эффективного и экологически более совершенного использования параллельной работы нескольких автономных дизель-генераторов и утилизационных газотурбогенераторов их турбокомпаундных систем наддува и аналогичной системы главного двигателя.From the given fragment of the proposed technical solution, it follows that it solves the problem of the most efficient and ecologically more perfect use of the parallel operation of several autonomous diesel generators and utilization gas turbine generators of their turbo compound pressurization systems and a similar main engine system.
В частных случаях заявленного технического решения расширены границы применения способа автоматического регулирования частоты напряжения, программирования и распределения нагрузок на параллельную работу валогенераторов различного исполнения, автономного дизель-генератора и утилизационных генераторов, использующих энергию вторичных ресурсов разной природы:In particular cases of the claimed technical solution, the boundaries of the application of the method for automatic regulation of the voltage frequency, programming and distribution of loads for the parallel operation of shaft generators of various designs, an autonomous diesel generator and utilization generators, using the energy of secondary resources of a different nature, have been expanded:
- в первом частном случае - это параллельная работа автономного валогенератора с электромагнитным возбуждением, установленного на судах, оборудованных винтом регулируемого шага, с утилизационным газотурбогенератором турбокомпаундной системы наддувочного воздуха главного двигателя;- in the first particular case, it is the parallel operation of an autonomous shaft generator with electromagnetic excitation, installed on ships equipped with a variable-pitch propeller, with a utilization gas turbine generator of the turbo-compound charge air system of the main engine;
- во втором частном случае - это параллельная работа стабилизированного по частоте вращения валогенератора с электромагнитным возбуждением и механическим вариатором, установленного на судах, оборудованных винтом фиксированного шага, с резервным автономным дизель-генератором, утилизационными газотурбогенераторами турбокомпаундной системы наддувочного воздуха главного двигателя и резервного дизель-генратора, а также и бустерной электрической машиной дифференциального механизма механического вариатора валогенератора;- in the second special case, it is the parallel operation of a rotational speed-stabilized shaft generator with electromagnetic excitation and a mechanical variator, installed on ships equipped with a fixed pitch propeller, with a stand-by autonomous diesel generator, utilization gas turbine generators of the turbo-compound charge air system of the main engine and a stand-by diesel generator , as well as a booster electric machine of the differential mechanism of the mechanical variator of the shaft generator;
- в третьем частном случае - это параллельная работа стабилизированного по частоте напряжения валогенератора с электромагнитным возбуждением и транзисторным статическим преобразователем частоты напряжения (СПЧН), установленного на судах, оборудованных винтом фиксированного шага, с резервным автономным дизель-генератором, утилизационными газотурбогенераторами турбокомпаундных систем наддувочного воздуха главного двигателя и резервного дизель-генератора;- in the third particular case, it is the parallel operation of a frequency-stabilized voltage shaft generator with electromagnetic excitation and a transistor static voltage frequency converter (SPCHN), installed on ships equipped with a fixed pitch propeller, with a stand-by autonomous diesel generator, utilization gas turbine generators of turbocomponent systems of charge air of the main engine and standby diesel generator;
- в четвертом частном случае - это параллельная работа стабилизированного по частоте напряжения валогенератора с постоянными магнитами и транзисторным СПЧН, установленного на судах, оборудованных винтом фиксированного шага, с резервным автономным дизель-генератором, утилизационными газотурбогенераторами турбокомпаундных систем наддувочного воздуха главного двигателя и резервного дизель-генератора;- in the fourth particular case, it is the parallel operation of a frequency-stabilized voltage shaft generator with permanent magnets and a transistor SPCN installed on ships equipped with a fixed pitch propeller, with a standby autonomous diesel generator, utilization gas turbine generators of the turbo-compound charge air systems of the main engine and a standby diesel generator ;
- в пятом частном случае - это параллельная работа стабилизированного по частоте напряжения валогенератора мегаваттного класса с электромагнитным возбуждением, тиристорным СПЧН и синхронным компенсатором, установленного на судах, оборудованных винтом фиксированного шага, с резервным автономным дизель-генератором, утилизационными газотурбогенераторами турбокомпаундных систем наддувочного воздуха главного двигателя и резервного дизель-генератора;- in the fifth particular case, it is the parallel operation of a voltage-stabilized voltage-stabilized megawatt-class shaft generator with electromagnetic excitation, thyristor SPChN and a synchronous compensator, installed on ships equipped with a fixed pitch propeller, with a stand-by autonomous diesel generator, utilization gas turbine generators of turbo-compound charge air systems of the main engine and a standby diesel generator;
Следовательно, из анализа частных случаев использования заявленного способа следует, что области его применения расширены практически на любой состав источников электроэнергии судовых электростанций, т.е. является универсальным при управлении электроснабжением судна по критерию наибольшей эффективности и экологической совместимости их использования в режимах параллельной работы.Consequently, from the analysis of particular cases of using the claimed method, it follows that the scope of its application has been extended to practically any composition of power sources of ship power plants, i.e. is universal in the management of the ship's power supply according to the criterion of the highest efficiency and environmental compatibility of their use in parallel operation modes.
2. Далее, из приведенных ниже фрагментов заявленного технического решения: а) из текста к основной части «…отличающийся тем, что вместо утилизационного паротурбогенератора в параллель с несколькими автономными дизель-генераторами работают утилизационные газотурбогенераторы турбокомпаундных систем наддувочного воздуха данных дизель-генераторов и главного двигателя судна, содержащие каждый бустерную электрическую машину на валу турбокомпрессора наддува, подключенную к электрической сети через автоматический выключатель и статический полупроводниковый преобразователь в составе обратимых электромашинного и сетевого полупроводниковых преобразователей и их подсистем управления, и снабженные реверсивными датчиками мощности…»;2. Further, from the following fragments of the claimed technical solution: a) from the text to the main part "... characterized in that, instead of a utilization steam turbine generator, in parallel with several autonomous diesel generators, utilization gas turbine generators of turbocomponent charge air systems of these diesel generators and the main engine operate. vessels containing each booster electric machine on the turbocharger shaft, connected to the electrical network through a circuit breaker and a static semiconductor converter as part of reversible electrical and network semiconductor converters and their control subsystems, and equipped with reversible power sensors ... ";
б) из текста к основной части «…Причем при частичных нагрузках главного двигателя и автономных дизель-генераторов, когда утилизационные газотурбогенераторы их турбокомаундных систем наддувочного воздуха работают в двигательных режимах, сигналы их нагрузок, формируемые реверсивными датчиками мощности, на входы второго сумматора блока параллельной работы блокируют посредством блокирующих диодов на данных входах…»;b) from the text to the main part “... Moreover, at partial loads of the main engine and autonomous diesel generators, when the utilization gas turbine generators of their turbocombined charge air systems operate in engine modes, the signals of their loads generated by reversible power sensors to the inputs of the second adder of the parallel operation unit blocked by means of blocking diodes at these inputs ... ";
в) из текста к второму частному случаю: «…переключающим контактом данного предупредительного реле посылают на задающий вход компаратора сигналов нагрузок валогенератора его электрической приставки сигнал предельной мощности, равный 90% его номинальной мощности, а замыкающим контактом того же промежуточного предупредительного реле формируют сигнал запуска резервного автономного дизель-генератора, направляемый в его подсистему дистанционного автоматизированного управления (ДАУ). Производят известным способом посредством данной подсистемы ДАУ запуск резервного автономного дизель-генератора и его турбокомпаундной системы наддува посредством ее бустерной электрической машины, работающей в двигательном режиме. Синхронизируют известным способом автономный дизель-генератор с валогенератором и подключают к сборным шинам главного распредщита посредством его автоматического выключателя…»;c) from the text to the second special case: “... by the switching contact of this warning relay, a maximum power signal equal to 90% of its rated power is sent to the master input of the load signal comparator of the shaft generator of its electrical attachment, and the closing contact of the same intermediate warning relay generates a start signal of the backup an autonomous diesel generator directed to its remote automated control subsystem (RAC). The standby autonomous diesel generator and its turbo-compound pressurization system by means of its booster electric machine operating in the motor mode is carried out in a known manner by means of this DAU subsystem. An autonomous diesel generator with a shaft generator is synchronized in a known manner and connected to the busbars of the main switchboard by means of its circuit breaker ... ";
г) из текста к второму частному случаю «…В период работы автономного дизель-генератора с нагрузками, меньшими 30% номинальной, для подачи в камеры сгорания наддувочного воздуха с оптимальными параметрами продолжают работу бустерной электрической машины турбокомпаундной системы данного дизель-генератора в двигательном режиме, управляя ее обратимым полупроводниковым преобразователем посредством его подсистемы управления…»;d) from the text to the second special case “... During the period of operation of an autonomous diesel generator with loads less than 30% of the nominal, to supply the combustion chambers with charge air with optimal parameters, the booster electric machine of the turbo compound system of this diesel generator continues to operate in the engine mode, controlling its reversible semiconductor converter by means of its control subsystem ... ";
- следует, что замена обычного турбокомпрессора чистого наддува автономного дизель-генератора и главного двигателя на турбокомпаундную систему наддувочного воздуха, состоящую из утилизационной газовой турбины, бустерной электрической машины и турбокомпрессора, сообщает двигателям-дизелям, на которых ее устанавливают, уникальные свойства: 1) в пусковых режимах, благодаря упреждающему вводу турбокомпрессора наддува в действие за счет двигательного режима бустерной электрической машины, гарантируют запуск первичного двигателя с первой попытки, что крайне важно для резервных дизель-генераторов с позиций сохранения ими бесперебойности электроснабжения судна в нештатных ситуациях; 2) в период работы автономного двигателя-дизеля с частичными нагрузками менее 30% номинальной, когда из-за невысокого энергетического потенциала отработавших газов утилизационная газовая турбина неспособна самостоятельно обеспечить оптимальную производительность турбокомпрессора наддува для подачи воздуха в камеры сгорания, достаточного для полного сгорания топлива, недостающий вращающий момент на валу турбокомпрессора создают бустерной электрической машиной, продолжающей после запуска дизеля работать в двигательном режиме, вследствие чего на всех частичных режимах двигателя-дизеля от холостого хода до 30%-ной нагрузки топливо в его цилиндрах сгорает полностью без дымления и без образования токсичных выхлопных газов, а следовательно, ограничивать продолжительность его работы с частичными нагрузками нет никакой необходимости, что делает возможным загружать утилизационные генераторы, работающие на отработавших газах главного и вспомогательного двигателей, в каждый текущий момент времени располагаемой ими мощностью, соответствующей текущему энергетическому потенциалу этих отработавших газов, независимо от степени загрузки работающего в параллель с ними автономного дизель-генератора; 3) благодаря полноте сгорания топлива на всех нагрузочных режимах дизеля, оборудованного турбокомпаундной системой наддувочного воздуха, без образования отложений сажи на протяжении всего выхлопного тракта, уменьшается количество моточисток самого дизеля и его газовой турбины, а поэтому снижается трудоемкость их обслуживания; 4) при возрастании нагрузки двигателя-дизеля до 30% номинальной и выше утилизационная газовая турбина, вращая самостоятельно турбокомпрессор наддува с оптимальной производительностью, развивает избыточный вращающий момент, поэтому бустерную электрическую машину переводят в генераторный режим, преобразуя энергетический потенциал избыточных отработавших газов в электрическую энергию, что повышает КПД двигателя; 5) по причине уменьшения отложений сажи в камерах сгорания дизеля и в его выхлопном тракте, уменьшается вероятность ее возгорания, а следовательно, снижается пожароопасность в машинном отделении судна.- it follows that replacing a conventional turbocharger with a clean boost of an autonomous diesel generator and the main engine with a turbo-compound charge air system, consisting of a utilization gas turbine, a booster electric machine and a turbocharger, gives the diesel engines on which it is installed unique properties: 1) c starting modes, due to the proactive start-up of the turbocharger of the supercharger due to the motor mode of the booster electric machine, guarantee the start of the prime mover at the first attempt, which is extremely important for standby diesel generators from the standpoint of maintaining uninterrupted power supply to the ship in emergency situations; 2) during the period of operation of an autonomous diesel engine with partial loads less than 30% of the nominal, when due to the low energy potential of the exhaust gases, the utilization gas turbine is unable to independently provide the optimal performance of the turbocharger for supplying air into the combustion chambers sufficient for complete combustion of fuel; the torque on the turbocharger shaft is created by an electric booster machine, which continues to operate in the engine mode after starting the diesel engine, as a result of which, in all partial modes of the diesel engine from idle to 30% load, the fuel in its cylinders burns completely without smoke and without the formation of toxic exhaust gases, and therefore, there is no need to limit the duration of its operation with partial loads, which makes it possible to load the utilization generators operating on the exhaust gases of the main and auxiliary engines at any given time the power available to them, corresponding to the current energy potential of these exhaust gases, regardless of the degree of loading of the autonomous diesel generator operating in parallel with them; 3) due to the completeness of fuel combustion at all load modes of a diesel engine equipped with a turbo-compound charge air system, without the formation of soot deposits throughout the entire exhaust tract, the number of engine cleanings of the diesel engine itself and its gas turbine decreases, and therefore the labor intensity of their maintenance is reduced; 4) with an increase in the load of the diesel engine up to 30% of the nominal and higher, the utilization gas turbine, rotating independently the turbocharger with optimal performance, develops excess torque, therefore the booster electric machine is transferred to the generator mode, converting the energy potential of the excess exhaust gases into electrical energy, which increases the efficiency of the engine; 5) due to a decrease in soot deposits in the combustion chambers of a diesel engine and in its exhaust tract, the likelihood of its ignition decreases, and therefore, the fire hazard in the engine room of the ship decreases.
Следовательно, используя для подачи наддувочного воздуха автономного дизель-генератора турбокомпаундную систему наддува, ограничение на работу автономных дизель-генераторов с частичными нагрузками менее 30% номинальной снимаются, что позволяет упростить их электрические приставки, исключив из их состава элементы блокировки частичных режимов малых нагрузок автономных дизель-генераторов, и повысить за счет этого степень использования утилизационных газотурбогенераторов, работающих в параллель с ним, т.е. их эффективность.Therefore, using a turbo-compound pressurization system to supply the charge air of an autonomous diesel generator, the restriction on the operation of autonomous diesel generators with partial loads less than 30% of the nominal is removed, which makes it possible to simplify their electrical attachments, excluding from their composition the elements of blocking partial modes of small loads of autonomous diesels. -generators, and thereby increase the degree of utilization of utilization gas turbine generators operating in parallel with it, i.e. their effectiveness.
3. Представив в предшествующем пункте убедительные доказательства возможности и целесообразности снятия ограничения на использования автономных дизель-генераторов в долевых режимах с нагрузками менее 30% номинальной, следующим логичным шагом в заявляемом способе следует считать исключение из состава электрических приставок автономных дизель-генераторов тех функциональных узлов, которые отвечают в способе-прототипе за данные ограничения, что, естественно, влечет за собой повышение надежности этих приставок, снижение их размеров, массы и стоимости.3. Having presented in the previous paragraph convincing evidence of the possibility and expediency of lifting the restriction on the use of autonomous diesel generators in shared modes with loads less than 30% of the nominal, the next logical step in the claimed method should be considered the exclusion of those functional units from the electrical attachments of autonomous diesel generators, which are responsible in the prototype method for these restrictions, which, of course, entails an increase in the reliability of these attachments, a decrease in their size, weight and cost.
4. Во всех частных случаях заявленного технического решения предусмотрен автоматический программный контроль предельных режимов валогенераторной установки судна по предельно допустимым нагрузкам и частотам вращения ее оборудования. В частности, в первом частном способе «…Возрастающую на валогенераторе нагрузку контролируют компаратором сигнала максимальной нагрузки его электрической приставки, нагрузочный вход которой соединен с аналогичным входом компаратора сигналов нагрузок той же электрической приставки, а на задающем входе установлен программно сигнал максимально допустимой нагрузки валогенератора, равный 90% его номинального значения. При совпадении этих сигналов с выхода данного компаратора снимают предупредительный сигнал, который направляют через элемент типа «ИЛИ» на промежуточное предупредительное реле, и через его замыкающий контакт посылают на подсистему дистанционного автоматизированного управления (ДАУ) резервным автономным дизель-генератором сигнал его запуска…»;4. In all special cases of the claimed technical solution, automatic program control of the limiting modes of the shaft-generating plant of the vessel is provided for by the maximum permissible loads and the rotational speeds of its equipment. In particular, in the first particular method "... The load increasing on the shaft generator is controlled by the comparator of the maximum load signal of its electrical attachment, the load input of which is connected to the same input of the comparator of the load signals of the same electrical attachment, and the program input is set to the signal of the maximum allowable shaft generator load equal to 90% of its nominal value. When these signals coincide, a warning signal is removed from the output of this comparator, which is sent through an element of the "OR" type to an intermediate warning relay, and through its closing contact, a signal to start it is sent to the remote automated control (RAC) subsystem of the stand-by autonomous diesel generator ... ";
Во втором частном случае «…При этом сравнивают измеренные сигналы мощности валогенератора и бустерной электрической машины посредством компараторов их максимальных нагрузок в электрической приставке валогенератора с установленными программой на их задающих входах предельными значениями, равными 90% номинального для валогенератора и 100% для бустерной электрической машины дифференциального механизма. При превышении измеренными сигналами мощности любой из этих машин установленного программой предельного значения формируют на выходе указанных компараторов предупредительные сигналы, которыми воздействуют через элемент типа «ИЛИ» на промежуточное предупредительное реле; переключающим контактом данного предупредительного реле посылают на задающий вход компаратора сигналов нагрузок валогенератора его электрической приставки программно установленный сигнал предельной мощности, равный 90% ее номинального значения, а замыкающим контактом того же промежуточного предупредительного реле формируют сигнал запуска резервного автономного дизель-генератора, направляемый в его подсистему ДАУ. Производят известным способом посредством данной подсистемы ДАУ запуск резервного автономного дизель-генератора и его турбокомпаундной системы наддува посредством ее бустерной электрической машины, работающей в двигательном режиме; … а при уменьшении скорости хода судна до значения, при котором частоту вращения входного вала планетарной зубчатой передачи снижают до наименьшего из рабочего диапазона предела, допустимого для хода судна с валогенератором, по сигналу, посылаемому машинным телеграфом на элемент типа «ИЛИ» электрической приставки валогенератора и дублируемому компаратором сигналов частот вращения входного вала планетарной зубчатой передачи, сравнивающим сигналы его действительной частоты вращения, измеряемой датчиком частоты вращения входного вала планетарной зубчатой передачи, с минимально допустимым программным значением, включают указанное предупредительное и дополнительно аварийно-предупредителъное промежуточные реле. Посредством промежуточного предупредительного реле посылают команду в подсистему ДАУ резервным автономным дизель-генератором на ввод его в действие, как описано выше в данном частном случае а при уменьшении скорости хода судна до значения, при котором частоту вращения входного вала планетарной зубчатой передачи снижают до наименьшего из рабочего диапазона предела, допустимого для хода судна с валогенератором, по сигналу, посылаемому машинным телеграфом на элемент типа «ИЛИ» электрической приставки валогенератора и дублируемому компаратором сигналов частот вращения входного вала планетарной зубчатой передачи, сравнивающим сигналы его действительной частоты вращения, измеряемой датчиком частоты вращения входного вала планетарной зубчатой передачи, с минимально допустимым программным значением, включают указанное предупредительное и дополнительно аварийно-предупредительное промежуточные реле. Посредством промежуточного предупредительного реле посылают команду в подсистему ДАУ резервным автономным дизель-генератором на ввод его в действие, как описано выше в данном частном случае. А переключающим контактом аварийно-предупредительного промежуточного реле формируют сигнал перевода нагрузки с валогенератора на введенный в работу резервный автономный дизель-генератор, посылаемый на задающий вход компаратора сигналов нагрузок электрической приставки валогенератора. Сигнал снятия нагрузки с валогенератора с выхода данного компаратора направляют на подсистему управления обратимым полупроводниковым преобразователем бустерной электрической машины дифференциального механизма механического вариатора валогенератора. Сигнал убывающей нагрузки валогенератора с выхода датчика активного тока его электрической приставки приходит на первый вход компаратора сигнала нулевой нагрузки, на втором входе которого устанавливают программно сигнал нулевой мощности. Когда сигналы на обоих входах данного компаратора становятся равными, на его выходе формируют сигнал вывода валогенератора из работы, который посылают на подсистему ДАУ валогенератором. По данному сигналу на выходе данной подсистемы формируют одновременно сигналы выключения автоматических выключателей валогенератора и бустерной электрической машины дифференциального механизма его механического вариатора, сигнал выключения разобщительной муфты на входном валу планетарной зубчатой передачи и сигнал гашения магнитного поля валогенератора посредством его автоматического регулятора напряжения…»;In the second special case “... In this case, the measured signals of the power of the shaft generator and the booster electric machine are compared by means of comparators of their maximum loads in the electric attachment of the shaft generator with the limit values set by the program at their master inputs equal to 90% of the nominal for the shaft generator and 100% for the booster electric machine of the differential mechanism. When the measured power signals of any of these machines exceed the limit value set by the program, warning signals are generated at the output of these comparators, which act through an element of the "OR" type on an intermediate warning relay; the switching contact of this warning relay sends a programmable limit power signal equal to 90% of its nominal value to the master input of the comparator of the load signals of the shaft generator of its electrical attachment, and the closing contact of the same intermediate warning relay generates a start signal of the standby autonomous diesel generator sent to its subsystem DOWE. In a known manner, by means of this DAU subsystem, a stand-by autonomous diesel generator and its turbo-compound pressurization system are started by means of its booster electric machine operating in a motor mode; ... and when the speed of the vessel is reduced to a value at which the frequency of rotation of the input shaft of the planetary gear train is reduced to the lowest of the operating range of the limit allowed for the course of the vessel with a shaft generator, according to a signal sent by a machine telegraph to an element of the "OR" type of the electric attachment of the shaft generator and duplicated by the comparator of the signals of the rotational speed of the input shaft of the planetary gear, comparing the signals of its actual rotational speed measured by the sensor of the rotational speed of the input shaft of the planetary gear, with the minimum permissible program value, the indicated warning and, additionally, the emergency warning intermediate relays are switched on. By means of an intermediate warning relay, a command is sent to the DAU subsystem by a stand-by autonomous diesel generator to put it into operation, as described above in this particular case, and when the ship's speed decreases to a value at which the rotational speed of the input shaft of the planetary gear train is reduced to the lowest of the working the range of the limit admissible for a ship with a shaft generator, according to the signal sent by the machine telegraph to the "OR" element of the electric attachment of the shaft generator and duplicated by the comparator of the signals of the rotational speed of the input shaft of the planetary gear train, which compares the signals of its actual rotational speed measured by the input shaft rotational speed sensor of the planetary gear train, with the minimum permissible program value, the indicated warning and, additionally, the emergency warning intermediate relays are switched on. By means of an intermediate warning relay, a command is sent to the DAU subsystem by a stand-by stand-alone diesel generator to put it into operation, as described above in this particular case. And the switching contact of the emergency-warning intermediate relay generates a signal for transferring the load from the shaft generator to the commissioned standby autonomous diesel generator, which is sent to the master input of the comparator of the load signals of the electric attachment of the shaft generator. The signal of removing the load from the shaft generator from the output of this comparator is directed to the control subsystem of the reversible semiconductor converter of the booster electric machine of the differential mechanism of the mechanical variator of the shaft generator. The signal of the decreasing load of the shaft generator from the output of the active current sensor of its electrical attachment arrives at the first input of the comparator of the zero load signal, at the second input of which a zero power signal is set in software. When the signals at both inputs of this comparator become equal, at its output a signal is generated to take the shaft generator out of operation, which is sent to the DAU subsystem by the shaft generator. According to this signal at the output of this subsystem, signals are simultaneously generated to turn off the automatic switches of the shaft generator and the booster electric machine of the differential mechanism of its mechanical variator, the signal to turn off the disconnecting clutch on the input shaft of the planetary gear and the signal to quench the magnetic field of the shaft generator by means of its automatic voltage regulator ... ";
В третьем частном случае «…Одновременно измеряют текущую нагрузку валогенератора датчиком активного тока его электрической приставки, и ее сигнал сравнивают посредством компаратора сигнала максимальной нагрузки с сигналом установленного программой его верхнего предельного значения, равного 90% его номинальной мощности, и когда данные сигналы становятся равными, данным компаратором формируют сигнал включения промежуточного предупредительного реле в электрической приставке валогенератора, переключающим контактом которого фиксируют его нагрузку на уровне установленного программой верхнего предельного значения, для чего соединяют параллельно задающие входы компаратора сигналов нагрузок и компаратора сигнала максимальной нагрузки, и одновременно замыкающим контактом предупредительного промежуточного реле формируют команду на запуск резервного автономного дизель-генератора, которую посылают на его подсистему ДАУ. Запускают одновременно посредством данной подсистемы ДАУ по известным программам резервный автономный дизель-генератор, а также и бустерную электрическую машину его турбокомпаундной системы наддувочного воздуха, вводимую в работу в двигательном режиме посредством ее автоматического выключателя и обратимого полупроводникового преобразователя, и включают затем известным способом автоматический выключатель резервного автономного дизель-генератора, блок-контактом которого в блоке параллельной работы дополнительно включают промежуточное исполнительное реле, размыкающими контактами которого дешунтируют второй дифференциальный субблок и субблок сигнала средней нагрузки отдельного дизель-генератора, одновременно переключающими контактами данного исполнительного реле пересоединяют выход частотного канала блока параллельной работы на вход интегратора сигналов, а выход данного интегратора сигналов пересоединяют на задающий вход компаратора сигналов нагрузок электрической приставки введенного в работу резервного автономного дизель-генератора, а вход подсистемы управления инвертором статического преобразователя частоты напряжения подключают через синхронизирующий трансформатор к выходным клеммам фильтра высших гармоник тока для работы в режиме инвертора, ведомого сетью. Одновременно измеряют и текущую частоту вращения гребного вала и встроенного в него ротора валогенератора посредством датчика частоты вращения, сравнивают его сигнал в электрической приставке валогенератора посредством двух компараторов сигналов - средней частоты вращения и наименьшей частоты вращения - с установленными программой средним и минимально допустимым значениями частоты вращения ротора валогенератора; в случае совпадения сигнала действительной частоты вращения с установленным программой ее средним значением, его компаратором формируют предупредительный сигнал, которым включают посредством элемента типа «ИЛИ» промежуточное предупредительное реле электрической приставки валогенератора, замыкающим контактом которого посылают команду на подсистему ДАУ резервным автономным дизель-генератором на его запуск одновременно с утилизационным газотурбогенератором турбокомпаундной системы наддувочного воздуха данного автономного дизель-генератора…».In the third special case “... At the same time, the current load of the shaft generator is measured by the active current sensor of its electrical attachment, and its signal is compared by means of a maximum load signal comparator with the signal of its upper limit value set by the program, equal to 90% of its rated power, and when these signals become equal, This comparator generates a signal for switching on the intermediate warning relay in the electric attachment of the shaft generator, the switching contact of which fixes its load at the level of the upper limit value set by the program, for which the setting inputs of the load signal comparator and the maximum load signal comparator are connected in parallel, and at the same time the closing contact of the warning intermediate relay is formed a command to start a stand-by autonomous diesel generator, which is sent to its DAU subsystem. A standby autonomous diesel generator, as well as a booster electric machine of its turbo-compound charge air system, which is put into operation in a motor mode by means of its automatic switch and a reversible semiconductor converter, is started simultaneously by means of this subsystem of the DAU according to known programs, and then turn on the automatic switch of the reserve an autonomous diesel generator, the auxiliary contact of which in the parallel operation unit additionally includes an intermediate executive relay, the opening contacts of which dehun the second differential subunit and the subunit of the average load signal of a separate diesel generator, at the same time the switching contacts of this executive relay reconnect the frequency channel output of the parallel operation unit to the input of the signal integrator, and the output of this signal integrator is reconnected to the reference input of the comparator of the load signals of the electrical attachment introduced into the pa a backup autonomous diesel generator, and the input of the inverter control subsystem of the static voltage frequency converter is connected through a synchronizing transformer to the output terminals of the higher harmonic current filter for operation in the mode of a grid-driven inverter. At the same time, the current speed of the propeller shaft and the shaft generator rotor built into it is measured by means of a speed sensor, its signal in the electric attachment of the shaft generator is compared by means of two signal comparators - the average speed and the lowest speed - with the average and minimum permissible values of the rotor speed set by the program shaft generator; if the signal of the actual speed of rotation coincides with the average value set by the program, a warning signal is generated by its comparator, which is turned on by means of an "OR" element, an intermediate warning relay of the electric attachment of the shaft generator, the closing contact of which sends a command to the DAU subsystem by a stand-by autonomous diesel generator to its launch, simultaneously with the utilization gas turbine generator, of the turbo-compound charge air system of this autonomous diesel generator ... ".
Таким образом, из приведенных фрагментов заявленного технического решения следует, что предлагаемый в новом способе алгоритм автоматического программного контроля предельных режимов валогенераторных установок направлен на сохранение бесперебойного и безаварийного электроснабжения ходовых режимов судна.Thus, from the given fragments of the claimed technical solution, it follows that the algorithm proposed in the new method for automatic programmed control of the limiting modes of shaft-generating plants is aimed at maintaining an uninterrupted and trouble-free power supply of the ship's running modes.
5. Выдвигаемый на современном этапе развития земной цивилизации на первый план критерий экологической совместимости ее деятельности с окружающей средой делает вполне понятным и обоснованным подход, согласно которому чем меньше энергии человечество будет расходовать на свою жизнедеятельность, тем меньшее воздействие - парниковое, загрязняющее, озонопоражающее и пр. - оно будет оказывать на окружающую среду. Следовательно, политика тотального энергосбережения в любой области хозяйственной деятельности объективно направлена и на решение экологической проблемы, стоящей перед человечеством. И одним из стержней этой политики является максимальное использование (утилизация) вторичных ресурсов производства.5. The criterion of the ecological compatibility of its activities with the environment, put forward at the present stage of the development of earthly civilization, makes the approach quite understandable and justified, according to which the less energy mankind spends on its vital activity, the less impact - greenhouse, polluting, ozone-damaging, etc. - it will have an impact on the environment. Consequently, the policy of total energy saving in any area of economic activity is objectively aimed at solving the environmental problem facing humanity. And one of the pillars of this policy is the maximum use (utilization) of secondary production resources.
Из ниже приведенных фрагментов основного текста технического решения; 1) «…в параллель с несколькими автономными дизель-генераторами работают утилизационные газотурбогенераторы турбокомпаундных систем наддувочного воздуха данных дизель-генераторов и главного двигателя судна, содержащие каждый бустерную электрическую и статический полупроводниковый преобразователь в составе обратимых электромашинного и сетевого датчиками мощности. А блок параллельной работы содержит дополнительно частотный канал, включающий датчик действительной (текущей) частоты напряжения сети и компаратор сигналов частоты, полупроводниковых преобразователей и их подсистем управления, и снабженные реверсивными машину на валу известного турбокомпрессора наддува, подключенную к электрической сети через автоматический выключатель сравнивающий сигнал действительной частоты напряжения сети с задающим сигналом частоты, дополнительныйдопо сумматор сигналов нагрузок утилизационных автономных дизель-генераторов и утилизационных газотурбогенераторов турбокомпаундных систем наддувочного воздуха главного двигателя и данных автономных дизель-генераторов измеряют дополнительно посредством реверсивных датчиков мощности утилизационных газотурбогенераторов их активные нагрузки и посылают их сигналы через блок-контакты их автоматических выключателей и полученных сигналов нагрузок газотурбогенераторов, субблок сигнала средней нагрузки отдельного автономного дизель-генератора, интегратор сигналов средней нагрузки отдельного дизель-генератора и частотного канала. При этом в период параллельной работы нескольких утилизационных газотурбогенераторов, и посылают блокирующие диоды на входы дополнительного сумматора сигналов нагрузок, посредством которого производят суммирование результирующий сигнал на вход первого сумматора сигналов нагрузок всех параллельно работающих генераторов и первый вход дифференциального субблока. Далее из результирующего сигнала первого сумматора посредством дифференциального субблока вычитают результирующий сигнал дополнительного сумматора сигналов, получая сигнал общей нагрузки, приходящийся на все автономные дизель-генераторы, который делят посредством субблока сигнала средней нагрузки отдельного дизель-генератора на число параллельно работающих дизель-генераторов. Полученный сигнал средней нагрузки отдельного дизель-генератора посредством интегратора сигналов суммируют с выходным сигналом частотного канала блока параллельной работы и, получив сигнал задающей нагрузки отдельного дизель-генератора, посылают его на параллельно включенные задающие входы компараторов сигналов нагрузок электрических приставок всех автономных дизель-генераторов, работающих в параллель. Сравнивают посредством данных компараторов сигнал заданной нагрузки для отдельного дизель-генератора с его действительной (текущей) нагрузкой. Полученные сигналы разности данных компараторов в электрических приставках каждого автономного дизель-генератора усиливают посредством усилителей данных электрических приставок, и воздействуют усиленными сигналами на серводвигатели механических регуляторов подачи топлива в камеры сгорания первичных двигателей автономных дизель-генераторов, посредством которых распределяют нагрузку электрической сети, приходящуюся на долю каждого автономного дизель-генератора, поровну. Причем при частичных нагрузках главного двигателя и автономных дизель-генераторов, когда утилизационные газотурбогенераторы их турбокомаундных систем наддувочного воздуха работают в двигательных режимах, сигналы их нагрузок, формируемые реверсивными датчиками мощности, на входы второго сумматора сигналов блока параллельной работы блокируют посредством блокирующих диодов на данных входах…»From the following fragments of the main text of the technical solution; 1) “… in parallel with several autonomous diesel generators, utilization gas turbine generators of turbo-compound charge air systems of these diesel generators and the main engine of the vessel operate, each containing an electric booster and a static semiconductor converter as part of reversible electric machine and network power sensors. And the parallel operation unit additionally contains a frequency channel that includes a sensor of the actual (current) frequency of the mains voltage and a comparator of frequency signals, semiconductor converters and their control subsystems, and a reversible machine on the shaft of a known turbocharger, connected to the electrical network through a circuit breaker comparing the actual signal the mains voltage frequency with a master frequency signal, an additional additional summator of load signals of utilization autonomous diesel generators and utilization gas turbine generators of turbo compound charge air systems of the main engine and these autonomous diesel generators are additionally measured by means of reversible power sensors of utilization gas turbine generators, their active loads and send their signals through the block contacts of their circuit breakers and the received signals of the loads of gas turbine generators, a subunit of the average load signal of a separate autonomous diesel l-generator, integrator of medium load signals of a separate diesel generator and a frequency channel. At the same time, during the period of parallel operation of several utilization gas turbine generators, blocking diodes are sent to the inputs of an additional adder of load signals, by means of which the resulting signal is added to the input of the first adder of load signals of all parallel operating generators and the first input of the differential subunit. Further, from the resulting signal of the first adder by means of a differential subunit, the resulting signal of the additional signal adder is subtracted, obtaining the total load signal falling on all autonomous diesel generators, which is divided by the subunit of the average load signal of a separate diesel generator by the number of diesel generators operating in parallel. The received signal of the average load of a separate diesel generator by means of a signal integrator is summed with the output signal of the frequency channel of the parallel operation unit and, having received the signal of the command load of a separate diesel generator, it is sent to the parallel-connected master inputs of the load signal comparators of the electrical attachments of all autonomous diesel generators operating in parallel. By means of these comparators, the signal of a given load for a separate diesel generator is compared with its actual (current) load. The received signals of the difference between these comparators in the electric attachments of each autonomous diesel generator are amplified by means of amplifiers of these electric attachments, and they act with amplified signals on the servomotors of the mechanical regulators of fuel supply to the combustion chambers of the primary engines of autonomous diesel generators, by means of which the load of the electric network attributable to of each autonomous diesel generator, equally. Moreover, at partial loads of the main engine and autonomous diesel generators, when the utilization gas turbine generators of their turbocombined charge air systems operate in engine modes, their load signals generated by reversible power sensors are blocked at the inputs of the second signal adder of the parallel operation unit by means of blocking diodes at these inputs ... "
2) а также из фрагментов частных способов технического решения, например, второго «…Также экономически выгодно такое выполнение способа, при котором в ходовом режиме судна, оборудованного винтом фиксированного шага (второй частный случай), его электроснабжение производят от валогенератора, стабилизированного по частоте вращения посредством известного механического вариатора, состоящего из планетарной зубчатой передачи, соединенной с промежуточным мультипликаторным валом главного редуктора движительной установки, и дифференциального механизма в составе бустерной электрической машины, соединенной кинематически с регулирующим валом планетарной зубчатой передачи, а электрически - через обратимый полупроводниковый преобразователь и автоматический выключатель к сборным шинам главного распределительного щита (ГРЩ) и снабженной реверсивным датчиком мощности, соединенным через замыкающий блок-контакт автоматического выключателя данной бустерной машины с компаратором сигнала максимальной нагрузи данной бустерной электрической машины в электрической приставке валогенератора, и через блокирующий диод - с дополнительным сумматором сигналов нагрузок утилизационных генераторов блока параллельной аботы, при том, что датчик активного тока электрической приставки самого валогенератора соединен через замыкающий блок-контакт своего автоматического выключателя параллельно с входом первого сумматора сигналов нагрузок блока параллельной работы, а также и с входами компараторов сигналов максимальной и нулевой нагрузок валогенератора в его электрической приставке. В режимах полного хода судна электрическую сеть электроснабжают от стабилизированного валогенератора, работающего в автономном режиме, при поддержке бустерных электрических машин турбокомпаундной системы главного двигателя и дифференциального механизма механического вариатора валогенератора, а в режиме среднего хода-работающего в параллель с резервным автономным дизель-генератором при поддержке тех же бустерных электрических машин с присоединением к ним бустерной электрической машины турбокомпаундной системы резервного автономного дизель-генератора. При полном ходе судна, когда валогенератор работает автономно, измеряют текущие нагрузки валогенератора, утилизационного газотурбогенератора турбокомпаундной системы главного двигателя и бустерной электромашины дифференциального механизма, работающих в генераторном режиме, посредством их датчиков активного тока и мощности, посылают измеренные сигналы через блок-контакты их автоматических выключателей на входы первого сумматора сигналов общей нагрузки электрической сети блока параллельной работы и дополнительного сумматора сигналов нагрузок работающих утилизационного газотурбогенератора тубокомпаундной системы наддувочного воздуха главного двигателя и бустерной электрической машины дифференциального механизма механического вариатора валогенератора. Суммируют в первом и дополнительном сумматорах сигналов полученные сигналы текущих нагрузок генерирующих машин. Вычитают посредством первого дифференциального субблока из результирующего сигнала первого сумматора сигналов нагрузки электрической сети результирующий сигнал дополнительного сумматора сигналов и формируют на его выходе сигнал той части нагрузки электрической сети, которая приходится на валогенератор. Одновременно измеряют текущую частоту напряжения электрической сети посредством датчика действительной частоты напряжения блока параллельной работы, сравнивают посредством компаратора сигналов частоты напряжения его действительное значение с программно заданным. Сигнал разности данного компаратора посылают на интегратор сигналов нагрузочного и частотного каналов блока параллельной работы, а выходной сигнал данного интегратора, как сигнал задающей мощности валогенератора, посылают через переключающие контакты промежуточного исполнительного реле блока параллельной работы и предупредительного реле электрической приставки валогенератора на компаратор сигналов нагрузок в электрической приставке валогенератора и сравнивают его с сигналом действительной нагрузки валогенератора. Сигнал разности на выходе данного компаратора посылают через усилитель на подсистему управления обратимым полупроводниковым преобразователем бустерной электрической машины дифференциального механизма механического вариатора валогенератора, регулируют ток и электромагнитный момент бустерной электрической машины, корректируют за счет этого частоту вращения выходного вала планетарной зубчатой перелачи и вала валогенератора, стабилизируя тем самым частоту напряжения на клеммах его якорной обмотки. При этом сравнивают измеренные сигналы мощности валогенератора и бустерной электрической машины посредством компараторов их максимальных нагрузок в электрической приставке валогенератора с установленными программой на их задающих входах предельными значениями, равными 90% номинального для валогенератора и 100% для бустерной электрической машины дифференциального механизма. При превышении измеренными сигналами мощности любой из этих машин установленного программой предельного значения формируют на выходе указанных компараторов предупредительные сигналы, которыми воздействуют через элемент типа «ИЛИ» на промежуточное предупредительное реле; переключающим контактом данного предупредительного реле посылают на задающий вход компаратора сигналов нагрузок валогенератора его электрической приставки программно установленный сигнал предельной мощности, равный 90% ее номинального значения, а замыкающим контактом того же промежуточного предупредительного реле формируют сигнал запуска резервного автономного дизель-генератора, направляемый в его подсистему ДАУ. Производят известным способом посредством данной подсистемы ДАУ запуск резервного автономного дизель-генератора и его турбокомпаундной системы наддува посредством ее бустерной электрической машины, работающей в двигательном режиме. Синхронизируют известным способом автономный дизель-генератор с валогенератором и подключают к сборным шинам главного распредщита посредством его автоматического выключателя. Его размыкающим контактом посылают исполнительный сигнал в субблок сигнала средней нагрузки отдельного автономного дизель-генератора блока параллельной работы, а замыкающим блок-контактом автоматического выключателя воздействуют через элемент типа «ИЛИ» блока параллельной работы на его промежуточное исполнительное реле. Переключающими контактами данного реле переключают выходы интегратора сигналов блока параллельной работы на задающий вход компаратора сигналов нагрузок электрической приставки введенного в работу резервного автономного дизель-генератора, а размыкающими контактом того же промежуточного исполнительного реле дешунтируют второй дифференциальный субблок блока параллельной работы и субблок сигнала средней нагрузки отдельного дизель-генератора. Затем интегрируют в дополнительном сумматоре сигналов блока параллельной работы сигналы мощностей утилизационных газотурбогенераторов турбокомпаундных систем главного двигателя и резервного автономного дизель-генератора, а также бустерной электрической машины дифференциального механизма механического вариатора, а в первом сумматоре того же блока - сигналы общей нагрузки электрической сети. Вычитают посредством первого дифференциального субблока блока параллельной работы из результирующего сигнала первого сумматора сигналов итоговый сигнал дополнительного сумматора сигналов, определяя общую нагрузку вало- и дизель-генераторов, а затем, посредством второго дифференциального субблока, вычитают из сигнала первого дифференциального субблока сигнал нагрузки валогенератора, получая на выходе второго дифференциального субблока сигнал задающей мощности введенного в действие резервного автономного дизель-генератора. Этот сигнал направляют через субблок сигнала средней нагрузки на задающий вход компаратора сигналов нагрузок электрической приставки введенного в работу резервного автономного дизель-генератора, посредством которого сравнивают сигнал заданной мощности с сигналом его действительной нагрузки. Выходной сигнал разности данного компаратора усиливают посредством усилителя электрической приставки резервного автономного дизель-генератора и воздействуют им на серводвигатель его механического регулятора подачи топлива для принятия им нагрузки электрической сети сверх предельно допустимой мощности для валогенератора, равной 90% номинальной. В период работы автономного дизель-генератора с нагрузками, меньшими 30% номинальной, для подачи в камеры сгорания наддувочного воздуха с оптимальными параметрами продолжают работу бустерной электрической машины турбокомпаундной системы данного автономного дизель-генератора в двигательном режиме, управляя ее обратимым полупроводниковым преобразователем посредством его подсистемы управления. При ходе судна со скоростью ниже экономической, но в пределах допустимого рабочего диапазона, для сохранения номинальных значений частоты вращения и частоты напряжения стабилизированного валогенератора, бустерную электрическую машину дифференциального механизма его механического вариатора переводят по сигналу, формируемому ее реверсивным датчиком мощности, в двигательный режим посредством ее обратимого полупроводникового преобразователя и его подсистемы управления. При этом сигнал нагрузки, формируемый реверсивным датчиком мощности бустерной электрической машины и посылаемый на соответствующий вход второго сумматора сигналов блока параллельной работы, блокируют посредством блокирующего диода; а при уменьшении скорости хода судна до значения, при котором частоту вращения входного вала планетарного редуктора снижают до наименьшего из рабочего диапазона предела, допустимого для хода судна с валогенератором, по сигналу, посылаемому машинным телеграфом на элемент типа «ИЛИ» электрической приставки валогенератора и дублируемому компаратором сигналов частот вращения входного вала планетарного редуктора, сравнивающим сигналы его действительной частоты вращения, измеряемой датчиком частоты вращения входного вала планетарного редуктора, с минимально допустимым программным значением, включают указанное предупредительное и дополнительно аварийно-предупредительное промежуточные реле. Посредством промежуточного предупредительного реле посылают команду в подсистему ДАУ резервным автономным дизель-генератором на ввод его в действие, как описано выше в данном частном случае. А переключающим контактом аварийно-предупредительного промежуточного реле формируют сигнал перевода нагрузки с валогенератора на введенный в работу резервный автономный дизель-генератор, посылаемый на задающий вход компаратора сигналов нагрузок электрической приставки валогенератора. Сигнал снятия нагрузки с валогенератора с выхода данного компаратора направляют на подсистему управления обратимым полупроводниковым преобразователем бустерной электрической машины дифференциального механизма механического вариатора валогенератора. Сигнал убывающей нагрузки валогенератора с выхода датчика активного тока его электрической приставки приходит на первый вход компаратора сигнала нулевой нагрузки, на втором входе которого устанавливают программно сигнал нулевой мощности. Когда сигналы на обоих входах данного компаратора становятся равными, на его выходе формируют сигнал вывода валогенератора из работы, который посылают на подсистему ДАУ валогенератором. По данному сигналу на выходе данной подсистемы формируют одновременно сигналы выключения автоматических выключателей валогенератора и бустерной электрической машины дифференциального механизма его механического вариатора, сигнал выключения разобщительной муфты на входном валу планетарного редуктора и сигнал гашения магнитного поля валогенератора посредством его автоматического регулятора напряжения…»;2) as well as from fragments of private methods of technical solutions, for example, the second one “... It is also economically advantageous to perform a method in which, in the running mode of a ship equipped with a fixed pitch propeller (second special case), its power supply is produced from a shaft generator stabilized in rotation frequency by means of a known mechanical variator, consisting of a planetary gear train connected to the intermediate multiplier shaft of the main gearbox of the propulsion unit, and a differential mechanism as part of a booster electric machine, connected kinematically to the control shaft of the planetary gear train, and electrically through a reversible semiconductor converter and a circuit breaker to busbars of the main switchboard (MSB) and equipped with a reversible power sensor connected through the closing block contact of the circuit breaker of this booster machine with a maximum load signal comparator of this booster electric machine in the electric attachment of the shaft generator, and through a blocking diode - with an additional adder of the load signals of the utilization generators of the parallel operation unit, while the active current sensor of the electric attachment of the shaft generator itself is connected through the closing block contact of its circuit breaker in parallel with the input of the first adder the signals of the loads of the parallel operation unit, as well as with the inputs of the comparators of the signals of the maximum and zero loads of the shaft generator in its electrical attachment. In the ship's full speed modes, the electrical network is supplied from a stabilized shaft generator operating in an autonomous mode, with the support of booster electric machines of the turbo-compound system of the main engine and the differential mechanism of the mechanical variator of the shaft generator, and in the middle speed mode, operating in parallel with a stand-by autonomous diesel generator with the support of the same booster electric machines with a booster electric machine of the turbo-compound system of the stand-by autonomous diesel generator connected to them. At full speed of the vessel, when the shaft generator operates autonomously, the current loads of the shaft generator, the utilization gas turbine generator of the turbo-compound system of the main engine and the booster electric machine of the differential mechanism operating in the generator mode are measured by means of their active current and power sensors, and the measured signals are sent through the block contacts of their circuit breakers. to the inputs of the first adder of the total load signals of the electrical network of the parallel operation unit and the additional adder of the load signals of the operating utilization gas turbine generator of the tube-compound charge air system of the main engine and the booster electric machine of the differential mechanism of the mechanical variator of the shaft generator. The received signals of the current loads of generating machines are summed in the first and additional signal adders. By means of the first differential subunit, the resulting signal of the additional signal adder is subtracted from the resultant signal of the first adder of the electrical network load signals and the signal of that part of the electrical network load that falls on the shaft generator is formed at its output. At the same time, the current frequency of the voltage of the electric network is measured by means of the sensor of the actual frequency of the voltage of the parallel operation unit, and its actual value is compared with the programmed value by means of a comparator of voltage frequency signals. The signal of the difference of this comparator is sent to the integrator of the signals of the load and frequency channels of the parallel operation unit, and the output signal of this integrator, as a signal of the driving power of the shaft generator, is sent through the switching contacts of the intermediate operating relay of the parallel operation unit and the warning relay of the electric attachment of the shaft generator to the comparator of the load signals in the electrical shaft generator attachment and compare it with the actual load signal of the shaft generator. The signal of the difference at the output of this comparator is sent through an amplifier to the control subsystem of the reversible semiconductor converter of the booster electric machine of the differential mechanism of the mechanical variator of the shaft generator; the very frequency of the voltage at the terminals of its armature winding. In this case, the measured power signals of the shaft generator and the booster electric machine are compared by means of their maximum load comparators in the electric attachment of the shaft generator with the limit values set by the program at their master inputs, equal to 90% of the nominal for the shaft generator and 100% for the booster electric machine of the differential mechanism. When the measured power signals of any of these machines exceed the limit value set by the program, warning signals are generated at the output of these comparators, which act through an element of the "OR" type on an intermediate warning relay; the switching contact of this warning relay sends a programmable limit power signal equal to 90% of its nominal value to the master input of the comparator of the load signals of the shaft generator of its electrical attachment, and the closing contact of the same intermediate warning relay generates a start signal of the standby autonomous diesel generator sent to its subsystem DOWE. The standby autonomous diesel generator and its turbo-compound pressurization system by means of its booster electric machine operating in the motor mode is carried out in a known manner by means of this DAU subsystem. An autonomous diesel generator with a shaft generator is synchronized in a known manner and connected to the busbars of the main switchboard by means of its circuit breaker. Its opening contact sends an executive signal to the subunit of the average load signal of a separate autonomous diesel generator of the parallel operation unit, and the closing block contact of the circuit breaker acts through the OR element of the parallel operation unit on its intermediate executive relay. Switching contacts of this relay switch the outputs of the signal integrator of the parallel operation unit to the master input of the load signal comparator of the electrical attachment of the standby stand-alone diesel generator put into operation, and the second differential subunit of the parallel operation unit and the subunit of the average load signal of a separate diesel engine are dehunted by the opening contact of the same intermediate operating relay. -generator. Then, the power signals of the utilization gas turbine generators of the turbo-compound systems of the main engine and stand-by stand-alone diesel generator, as well as the booster electric machine of the differential mechanism of the mechanical variator, are integrated in the additional adder of signals of the parallel operation unit, and in the first adder of the same unit - the signals of the total load of the electrical network. By means of the first differential subunit of the parallel operation unit, the final signal of the additional signal adder is subtracted from the resultant signal of the first signal adder, determining the total load of the shaft and diesel generators, and then, by means of the second differential subunit, the load signal of the shaft generator is subtracted from the signal of the first differential subunit, obtaining on the output of the second differential subunit is the driving power signal of a stand-by stand-alone diesel generator. This signal is sent through the subunit of the average load signal to the reference input of the load signal comparator of the electrical attachment of the standby autonomous diesel generator put into operation, by means of which the signal of the given power is compared with the signal of its actual load. The output signal of the difference of this comparator is amplified by means of an amplifier of the electric attachment of a stand-by autonomous diesel generator and acts on the servomotor of its mechanical fuel supply regulator to accept the load of the electrical network in excess of the maximum allowable power for the shaft generator, equal to 90% of the nominal. During the operation of an autonomous diesel generator with loads less than 30% of the nominal, to supply the combustion chambers with charge air with optimal parameters, the booster electric machine of the turbocompound system of this autonomous diesel generator continues to operate in motor mode, controlling its reversible semiconductor converter through its control subsystem ... When the vessel moves at a speed lower than the economic one, but within the permissible operating range, in order to maintain the nominal values of the rotational speed and voltage frequency of the stabilized shaft generator, the booster electric machine of the differential mechanism of its mechanical variator is transferred, according to the signal generated by its reversible power sensor, to the propulsion mode by means of its reversible semiconductor converter and its control subsystem. In this case, the load signal generated by the reversible power sensor of the booster electric machine and sent to the corresponding input of the second signal adder of the parallel operation unit is blocked by means of a blocking diode; and when the speed of the vessel is reduced to a value at which the frequency of rotation of the input shaft of the planetary gearbox is reduced to the smallest of the operating range of the limit admissible for the course of the vessel with a shaft generator, according to a signal sent by the machine telegraph to the element of the "OR" type of the electric attachment of the shaft generator and duplicated by the comparator of the signals of the rotational speed of the input shaft of the planetary gearbox, comparing the signals of its actual speed, measured by the speed sensor of the input shaft of the planetary gearbox, with the minimum permissible program value, include the specified warning and, additionally, the emergency warning intermediate relays. By means of an intermediate warning relay, a command is sent to the DAU subsystem by a stand-by stand-alone diesel generator to put it into operation, as described above in this particular case. And the switching contact of the emergency-warning intermediate relay generates a signal for transferring the load from the shaft generator to the commissioned standby autonomous diesel generator, which is sent to the master input of the comparator of the load signals of the electric attachment of the shaft generator. The signal of removing the load from the shaft generator from the output of this comparator is directed to the control subsystem of the reversible semiconductor converter of the booster electric machine of the differential mechanism of the mechanical variator of the shaft generator. The signal of the decreasing load of the shaft generator from the output of the active current sensor of its electrical attachment arrives at the first input of the comparator of the zero load signal, at the second input of which a zero power signal is set in software. When the signals at both inputs of this comparator become equal, at its output a signal is generated to take the shaft generator out of operation, which is sent to the DAU subsystem by the shaft generator. According to this signal at the output of this subsystem, signals are simultaneously generated to turn off the automatic switches of the shaft generator and the booster electric machine of the differential mechanism of its mechanical variator, the signal to turn off the disconnecting clutch on the input shaft of the planetary gearbox and the signal to quench the magnetic field of the shaft generator by means of its automatic voltage regulator ... ";
- следует что заявленный способ направлен на решение задачи управления распределением активной нагрузки электрической сети в период параллельной работы разнотипных источников электроэнергии по критерию достижения наивысшей экономико-экологической эффективности, сущность которого состоит в том, что общую нагрузку электрической сети судна распределяют между ними так, чтобы утилизационные турбогенераторы, использующие вторичные ресурсы главного и вспомогательных дизелей, были загружены всегда потенциально располагаемой и развиваемой ими в текущий момент мощностью, адекватной текущему энергетическому потенциалу отработавших газов главного и вспомогательного двигателей, а оставшуюся нагрузку распределяют между валогенератором и автономными дизель-генераторами в такой пропорции, при которой сначала загружают валогенератор, работающий с более высоким КПД, до максимально допустимой либо потенциально возможной мощности в зависимости от частоты его вращения, а уже последние остатки нагрузки электросети переводят на автономные дизель-генераторы, способные работать без дымления и без образования токсичных газов при любом нагрузочном режиме. Причем, если они имеют одинаковый номинальный КПД, приходящуюся на них нагрузку распределяют между ними поровну. Если же номинальный КПД автономных дизель-генераторов не одинаков, то большей частью оставшейся нагрузки электросети загружают агрегат с номинальным КПД, нагружая его до максимально установленной для него мощности, равной 85% номинальной, при которой он работает с наименьшим удельным расходом топлива. А нагрузку электросети, уже выше указанной, принимает на себя автономный агрегат с более низким КПД.- it follows that the claimed method is aimed at solving the problem of managing the distribution of the active load of the electrical network during the period of parallel operation of different types of electricity sources according to the criterion of achieving the highest economic and environmental efficiency, the essence of which is that the total load of the vessel's electrical network is distributed between them so that the utilization turbine generators using secondary resources of the main and auxiliary diesel engines were loaded with the power always potentially available and developed by them at the current moment, adequate to the current energy potential of the exhaust gases of the main and auxiliary engines, and the remaining load is distributed between the shaft generator and autonomous diesel generators in such proportion, with which first load the shaft generator, operating with a higher efficiency, up to the maximum allowable or potentially possible power, depending on the frequency of its rotation, and already the last remnants of the load of the electric the cables are transferred to autonomous diesel generators capable of operating without smoke and without the formation of toxic gases at any load mode. Moreover, if they have the same nominal efficiency, the load on them is distributed equally between them. If the nominal efficiency of autonomous diesel generators is not the same, then most of the remaining load of the power grid is loaded with nominal efficiency, loading it to the maximum power set for it, equal to 85% of the nominal, at which it operates with the lowest specific fuel consumption. And the load of the power grid, already higher than the specified one, is taken over by an autonomous unit with a lower efficiency.
Такова сущность управления электроснабжением судна по критерию экономико-экологической эффективности в заявленном способе.This is the essence of ship power supply management according to the criterion of economic and environmental efficiency in the claimed method.
Заявляемый способ автоматического регулирования частоты напряжения, программирования и распределения нагрузки иллюстрируют следующими графическими материалами. Фиг. 1 демонстрирует функционально-принципиальную электрическую схему системы автоматического регулирования частоты напряжения и распределения нагрузки между параллельно работающими автономными дизель-генераторами и утилизационными газотурбогенераторами (УГТГ) турбокомпаундных систем (ТКС) наддувочного воздуха главного двигателя (ГД) и автономных дизель-генераторов (ДГ); фиг. 2 - то же между параллельно работающими валогенератором (ВГ) постоянной частоты вращения на судах с винтами регулируемого шага (ВРШ) и утилизационным газотурбогенератором турбокомпаундной системы наддувочного воздуха главного двигателя; фиг. 3 - то же между параллельно работающими валогенератором, установленным на судах с винтом фиксированного шага (ВФШ), постоянной частоты вращения от механического вариатора, автономным дизель-генератором и утилизационными газотурбогенераторами турбокомпаундных систем наддувочного воздуха главного двигателя и автономного дизель-генератора; фиг. 4 - то же между параллельно работающими валогенератором переменной частоты вращения, установленным на судах с ВФШ, с электромагнитным возбуждением и транзисторным статическим преобразователем частоты напряжения, автономным дизель-генератором и утилизационными газотурбогенераторами турбокомпаундных систем наддувочного воздуха главного двигателя и автономного дизель-генератора; фиг. 5 - то же между параллельно работающими валогенератором переменной частоты вращения, установленным на судах с ВФШ, с постоянными магнитами и транзисторным статическим преобразователем частоты напряжения (СПЧН), автономным дизель-генератором и утилизационными газотурбогенераторами турбокомпаундных систем наддувочного воздуха главного двигателя и автономного дизель-генератора; фиг. 6 - то же между параллельно работающими валогенератором переменной частоты вращения, установленным на судах с ВФШ, с электромагнитным возбуждением и тиристорным инвертором СПЧН, автономным дизель-генератором и утилизационными газотурбогенераторами турбокомпаундных систем наддувочного воздуха главного двигателя и автономного дизель-генератора, фиг. 7 - нагрузочная и регулировочная характеристики валогенератора с электромагнитным возбуждением, снабженного СПЧН; фиг. 8 - то же валогенератора с постоянными магнитами; фиг. 9 - таблица наименований элементов, их позиций на фигурах и аббревиатур.The inventive method for automatic voltage frequency control, programming and load distribution is illustrated by the following graphic materials. FIG. 1 shows a functional and basic electrical diagram of a system for automatic voltage frequency control and load distribution between autonomous diesel generators operating in parallel and utilization gas turbine generators (UGTG) of turbo compound systems (TCS) of charge air of the main engine (GD) and autonomous diesel generators (DG); fig. 2 - the same between the parallel operating shaft generator (VG) of constant speed on ships with variable pitch propellers (CPP) and the utilization gas turbine generator of the turbo-compound charge air system of the main engine; fig. 3 - the same between a parallel shaft generator installed on ships with a fixed pitch propeller (FPP), a constant rotational speed from a mechanical variator, an autonomous diesel generator and utilization gas turbine generators of the turbo-compound charge air systems of the main engine and an autonomous diesel generator; fig. 4 - the same between the parallel operating variable speed shaft generator installed on ships with fixed pitch propellers, with electromagnetic excitation and a transistor static voltage frequency converter, an autonomous diesel generator and utilization gas turbine generators of turbo-compound charge air systems of the main engine and an autonomous diesel generator; fig. 5 - the same between the parallel-operating variable speed shaft generator installed on ships with fixed pitch propellers, with permanent magnets and a transistor static voltage frequency converter (SPCHN), an autonomous diesel generator and utilization gas turbine generators of the turbo compound charge air systems of the main engine and an autonomous diesel generator; fig. 6 - the same between the parallel operating variable speed shaft generator installed on ships with fixed pitch propellers, with electromagnetic excitation and thyristor inverter SPChN, autonomous diesel generator and utilization gas turbine generators of turbo-compound charge air systems of the main engine and autonomous diesel generator, FIG. 7 - load and control characteristics of a shaft generator with electromagnetic excitation, equipped with a SPChN; fig. 8 - the same shaft generator with permanent magnets; fig. 9 is a table of the names of elements, their positions in the figures and abbreviations.
Новый способ автоматического регулирования частоты напряжения, программирования и распределения нагрузки между разнотипными источниками электроэнергии судна осуществляют посредством следующей системы.A new method for automatic voltage frequency control, programming and load distribution between different types of ship power sources is carried out by means of the following system.
Реализующая заявляемый способ энергетическая установка судна содержит (фиг. 1) главный двигатель 1, соединенный гребным валом 2 с гребным винтом 3, и электростанцию (не показано) в составе двух и более автономных дизель-генераторов 4.1 и 4.2, подключенных к сборным шинам 5 главного распределительного щита - ГРЩ (не показано) посредством соответственно автоматических выключателей 6.1 и 6.2. Главный двигатель 1 оборудован турбокомпаундной системой наддувочного воздуха в составе утилизационной газовой турбины (УГТ) 7, приводимой во вращение энергией теплоты отработавших газов, бустерной электрической машины (БЭМ) 8, например, синхронной с постоянными магнитами (не показано), соединенной кинематически соосно с валами газовой турбины 7 и турбокомпрессора наддува 9, а электрически - через автоматический выключатель 12 и статический полупроводниковый преобразователь - СПП (не показано), состоящий из обратимых электромашинного 10 и сетевого 11 полупроводниковых преобразователей, содержащих каждый подсистемы управления (не показано), к сборным шинам 5 ГРЩ. Аналогичными турбокомпаундными системами наддувочного воздуха оборудованы и каждый автономный дизель-генератор 4.1 и 4.2. У дизель-генераторов 4.1 и 4.2 - это соответственно утилизационные газовые турбины 13.1 и 13.2, бустерные электрические синхронные машины 14.1 и 14.2 и турбокомпрессоры наддува 15.1 и 15.2. БЭМ 14.1 и 14.2 автономных ДГ 4.1 и 4.2 соединены со сборными шинами 5 соответственно через СПП, состоящие из обратимых электромашинных 16.1 и 16.2 и сетевых 17.1 и 17.2 полупроводниковых преобразователей с их подсистемами управления (на фиг. 1 не показано), и через автоматические выключатели соответственно 181.1 и 18.2. Сами автономные дизель-генераторы оборудованы электрическими приставками соответственно 21.1 и 21.2, содержащими соответственно датчики 22.1 и 22.2 активного тока, подключенные своими входами к клеммам соответственно дизель-генераторов 4.1 и 4.2 через измерительные трансформаторы (не показано), компараторы 23.1 и 23.2 сигналов нагрузок данных автономных дизель-генераторов с двумя входами действительной Рдей и задающей Рзад мощности и усилители 24.1 и 24.2 сигналов данных компараторов, подключенные своими выходами через замыкающие блок-контакты (не показано) секционного выключателя 25 сборных шин 5 ГРЩ к клеммам соответственно серводвигателей 26.1 и 26.2 соответственно механических регуляторов 27.1 и 27.2 подачи топлива соответственно автономных дизель-генераторов 4.1 и 4.2. Входы «1» компараторов 23.1 и 23.2 сигналов нагрузок соединены с выходами соответствующих датчиков 22.1 и 22.2 активного тока через замыкающие блок-контакты (не показано) автоматических выключателей соответственно 6.1 и 6.2 автономных ДГ 4.1 и 4.2, а на их входы «2» подают извне общий сигнал Рзад задающей мощности.The power plant of the ship that implements the inventive method contains (Fig. 1) the
В частных случаях использования способа сходной между собой электрической приставкой 28 (фиг. 2 - фиг. 6) оборудован и валогенератор 29, подключенный к сборным шинам 5 ГРЩ посредством автоматического выключателя 30 и имеющий в разных частных случаях разное типоисполнение в зависимости от конструкции гребного винта 3: с регулируемым (ВРШ) или фиксированным (ВФШ) шагом. В первом частном случае на судах с винтом регулируемого шага (фиг. 2) электрическая приставка 28 валогенератора содержит такие же, как у автономного дизель-генератора, датчик 31 активного тока, компаратор 32 сигналов нагрузок валогенератора, и усилитель 33 сигнала данного компаратора, подключенный своим выходом к серводвигателю 34 механического регулятора 35 подачи топлива главного двигателя 1. Вход «1» компаратора 32 нагрузок соединен с выходом датчика 31 активного тока через замыкающий блок-контакт 30.1 автоматического выключателя 30 валогенератора 29, а на его вход «2» подают извне сигнал Рзад задающей мощности.In particular cases of using the method, a similar electrical attachment 28 (Fig. 2 - Fig. 6) is also equipped with a
В других частных случаях, на судах, оборудованных ВФШ, используют валогенераторы, стабилизированные по частоте вращения (фиг. 3) либо по частоте напряжения (фиг. 4 - фиг. 6).In other special cases, on ships equipped with fixed pitch propellers, shaft generators are used that are stabilized in rotation frequency (Fig. 3) or in voltage frequency (Fig. 4 - Fig. 6).
Во втором частном случае (фиг. 3) валогенератор 29 с электромеханическим возбуждением приводят во вращение от промежуточного мультипликаторного вала 36 главного редуктора 37 посредством разобщительной муфты 38 и известного механического вариатора (не показано), содержащего планетарную зубчатую передачу 39, соединенную с валами валогенератора 29 и бустерной синхронной электрической машины 40, подключенной к сборным шинам 5 ГРЩ через автоматический выключатель 41 и статический полупроводниковый преобразователь 42, содержащий обратимые электромашинный 43 и сетевой 44 полупроводниковые преобразователи со своими независимыми подсистемами управления соответственно 45 и 46. Валогенераторы 29 в данном частном случае и на судах с ВРШ (фиг. 2) снабжены автоматическим регулятором 47 напряжения, а БЭМ 40 (фиг. 3) - реверсивным датчиком 48 мощности.In the second special case (Fig. 3), the
В следующих частных случаях на судах с ВФШ валогенераторы 29, стабилизированные по частоте напряжения (фиг. 4 - фиг. 6), встраивают кинематически в линию гребного вала 2, а электрически соединяют со сборными шинами 5 ГРЩ последовательно через автоматический выключатель 30 и статический преобразователь частоты напряжения - СПЧН (не показано), состоящий из полупроводниковых электромашинного выпрямителя 49 и сетевого инвертора 50, каждый из которых имеет отдельную подсистему управления соответственно 51 (фиг. 5) и 52 (фиг. 4 - фиг. 6).In the following special cases, on ships with fixed pitch propellers, the
Так в 4-м и 5-м частных случаях (фиг. 4, фиг. 5) СПЧН валогенератора 29 мощностью до 1,0 МВА выполняют на диодах и силовых транзисторах типа IGBT, а в 6-м частном случае (фиг. 6) у валогенератора 29 мощностью свыше 1,0 МВА СПЧН выполняют на диодах и тиристорах.So in the 4th and 5th special cases (Fig. 4, Fig. 5)
В рассматриваемых частных случаях в качестве валогенератора 29 используют синхронную машину с электромагнитным возбуждением (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 6) либо с постоянными магнитами 53 (фиг. 5). Валогенератор с электромагнитным возбуждением снабжают обмоткой возбуждения 54 (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 6), питаемую у валогенератора 29 с постоянной частотой вращения (фиг. 2, фиг. 3), от автоматического регулятора 47 напряжения, а у валогенератора 29 с СПЧН (фиг. 4, фиг. 6) - от независимого управляемого полупроводникового вьшрямителя-возбудителя 55, который снабжен подсистемой управления 56 и подключен к сборным шинам 5 ГРЩ через автоматический выключатель 57. У стабилизированного по частоте напряжения валогенератора 29, снабженного СПЧН (фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6), на его выходе и последовательно с ним устанавливают фильтр-реактор 58, выполняющий функции фильтра высших гармоник тока, генерируемых сетевым полупроводниковым преобразователем 50.In the particular cases under consideration, a synchronous machine with electromagnetic excitation (Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4, Fig. 6) or with permanent magnets 53 (Fig. 5) is used as a
В отдельных частных случаях электрическая приставка 28 к валогенераторам 29 содержит дополнительно: компараторы сигналов максимальной 59 и нулевой 60 нагрузок (фиг. 2 - фиг. 6); компараторы 61 средней и 62 минимально допустимой частоты вращения ВГ 29 (фиг. 4 - фиг. 6); компаратор 63 максимальной нагрузки БЭМ 40 дифференциального механизма механического вариатора (фиг. 3); логические элементы 64 (фиг. 2 - фиг. 6) и 65 (фиг. 3 - фиг. 6) типа «ИЛИ»; промежуточные предупредительное реле 66 (фиг. 2 - фиг. 6) и аварийно-предупредительное реле 67 (фиг. 3 - фиг. 6); усилитель 68 (фиг. 2 - фиг. 6). При этом компаратор 59 максимальной нагрузки ВГ 29 соединен своими входами: «2» - с задающим органом (не показано) сигнала Р1мак максимальной нагрузки, а также (фиг. 3 - фиг. 6) через переключающие контакты 66.1 промежуточного предупредительного реле 66 и 67.1 аварийно-предупредительного реле 67 с задающим входом «2» компаратора 32 сигналов нагрузки ВГ, а его вход «1» (фиг. 2 - фиг. 6) - через блок-контакт (не показано) автоматического выключателя 30 валогенератора 29 соединен с выходом его датчика 31 активного тока. Компаратор 60 нулевой нагрузки соединен своими входами: «2» - с задающим органом (не показано) нулевой нагрузки Руст=0, а вход «1» подключен параллельно входу «1» упомянутого компаратора 59 максимальной нагрузки. Входы компаратора 61 средней частоты вращения (фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6) соединены: «2» - с задающим органом (не показан) сигнала nср средней частоты вращения, а вход «1» - с выходом датчика 69 частоты вращения гребного вала 2. Входы компаратора 62 минимально допустимой частоты вращения ВГ 29 (фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6) соединены: «2» - с задающим органом (не показано) сигнала nmin минимальной частоты вращения, а вход «1» - параллельно аналогичному входу компаратора 61 (фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6) или с выходом датчика 69 частоты вращения промежуточного мультипликаторного вала 36 главного редуктора 37 (фиг. 3). Входы компаратора 63 максимальной нагрузки БЭМ 40 (фиг. 3) дифференциального механизма ВГ 29, стабилизированного по частоте вращения, соединены: «2» - с задающим органом (не показано) сигнала P2мак максимальной нагрузки данной машины, а вход «1» - с выходом реверсивного датчика 48 мощности БЭМ 40 через блок-контакт (не показано) автоматического выключателя 41 данной машины. Входы логического элемента 64 типа «ИЛИ» (фиг. 2 - фиг. 6), нагруженного промежуточным предупредительным реле 66, подключены у ВГ 29, стабилизированного по частоте вращения (фиг. 2, фиг. 3), к выходу компаратора 59, а у ВГ 29, стабилизированного по частоте напряжения (фиг. 4 - фиг. 6) - его оба входа «1» и «2» подключены раздельно к выходам компараторов 59 и 61 соответственно. А входы в логический элемент 65 типа «ИЛИ», нагруженного промежуточными предупредительным 66 и аварийно-предупредительным 67 реле, подключены (фиг. 3 - фиг. 6): по входу «2» - к выходу компаратора 62 минимально допустимой частоты вращения, равной 0,7nн. А по входу «1» элемент 65 подключен у валогенераторов 29, стабилизированных по частоте вращения (фиг. 3), к выходу компаратора 63 максимальной нагрузки БЭМ 40; а у валогенераторов 29, стабилизированных по частоте напряжения (фиг. 4 - фиг. 6), - к выходу машинного телеграфа в его положении «nmin».In some special cases, the
У стабилизированного ВГ 29, устанавливаемого на судах, оборудуемых ВРШ (фиг. 2), из дополнительных элементов электрической приставки 28 используют только компаратор 59 максимальной и 60 нулевой нагрузки ВГ 29 и промежуточное предупредительное реле 66.In the stabilized
Параллельную работу всех источников электроэнергии координируют посредством блока 70 параллельной работы (фиг. 1 - фиг. 6), состоящего из нагрузочного и частотного каналов (не показано). Нагрузочный канал состоит из последовательно соединенных: первого (дополнительного) сумматора 71 сигналов нагрузки бустерных электрических машин ТКС дизель-генераторов, главного двигателя и валогенератора, стабилизированного по частоте вращения; второго (основного) сумматора 72 общей нагрузки электрической сети; первого дифференциального субблока 73; второго дифференциального субблока 74; субблока 75 сигнала средней нагрузки отдельного автономного дизель-генератора; логического элемента 76 типа «ИЛИ» и промежуточного исполнительного реле 77.Parallel operation of all power sources is coordinated by means of a parallel operation unit 70 (Fig. 1 - Fig. 6), consisting of a load and frequency channels (not shown). The loading channel consists of the following connected in series: the first (additional)
Входы первого сумматора 71 блока параллельной работы (фиг. 1 - фиг. 6) соединены через блокирующие диоды (не показано) и блок-контакты (не показано) автоматических выключателей 12, 18.1, 18.2 и 41 бустерных электрических машин соответственно 8, 14.1, 14.2 ТКС (не показано) соответственно главного двигателя 1 и автономных дизель-генераторов 4.1, 4.2 (фиг. 1, фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6) и БЭМ 40 (фиг. 3) дифференциального механизма (не показано) валогенератора 29 соединены с выходами их реверсивных датчиков мощности соответственно 19, 20.1, 20.2 (фиг. 1, фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6) и 48 (фиг. 3) этих бустерных электрических машин.The inputs of the
Входы «1» и «2» второго сумматора 72 (фиг. 1 - фиг. 6) соединены через блок-контакты (не показано) автоматических выключателей 6.1, 6.2 и 30 соответственно автономных дизель-генераторов 4.1, 4.2 (фиг. 1 - фиг. 5) и валогенератора 29 (фиг.2 - фиг. 6.) с выходами их датчиков активного тока соответственно 22.1, 22.2 (фиг. 1 - фиг. 5) и 37 (фиг. 2 - фиг. 6.), а его вход «3» (фиг. 1 - фиг. 6.) - с выходом первого сумматора 77 сигналов.Inputs "1" and "2" of the second adder 72 (Fig. 1 - Fig. 6) are connected through auxiliary contacts (not shown) of circuit breakers 6.1, 6.2 and 30, respectively, of autonomous diesel generators 4.1, 4.2 (Fig. 1 - Fig. . 5) and shaft generator 29 (Fig. 2 - Fig. 6.) with the outputs of their active current sensors, respectively 22.1, 22.2 (Fig. 1 - Fig. 5) and 37 (Fig. 2 - Fig. 6.), and its input "3" (Fig. 1 - Fig. 6.) - with the output of the
Входы первого дифференциального субблока 73 соединены: «1» - с выходом второго сумматора 72, а «2» - с выходом первого сумматора 71 и параллельно с входом «3» второго сумматора 72 блока 70 параллельной работы. Входы второго дифференциального субблока 74 (фиг. 3 - фиг. 6) соединены: «1» - с выходом первого дифференциального субблока 73, а «2» -параллельно входу «2» второго сумматора 72 блока 70 параллельной работы.The inputs of the first
Размыкающими контактами 77.7 и 77.3 Фиг. 3 - фиг. 6) промежуточного исполнительного реле 77 шунтируют соответственно второй дифференциальный субблок 74 и субблок 75 сигнала средней нагрузки отдельного автономного дизель-генератора блока 70 параллельной работы. А размыкающие блок-контакты автоматических выключателей 6.1 и 6.2 соответственно автономных дизель-генераторов 4.1 и 4.2 соединены соответственно с входами «2» и «3» субблока 75 средней нагрузки отдельного дизель-генератора блока параллельной работы 70.The break contacts 77.7 and 77.3 of FIG. 3 to FIG. 6) of the
Частотный канал блока 70 параллельной работы (фиг. 1 - фиг. 6) содержит последовательно соединенные датчик 78 действительной частоты напряжения электрической сети, подключенный к сборным шинам 5 ГРЩ через измерительный трансформатор (не показано) напряжения, и компаратор 79 сигналов частоты напряжения, содержащий два входа: заданной (вход «2») и действительной (вход «1») частот напряжения. Выходные сигналы нагрузочного и частотного каналов суммируются в интеграторе 80 сигналов (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 6), служащего выходным элементом блока 70 параллельной работы и подключенного своим выходом к задающему входу Pзад электрических приставок 21.1, 21.2 и 28 соответственно автономных дизель-генераторов 4.1, 4.2 (фиг. 1) и валогенератора 29 (фиг. 2 - фиг. 6). При этом выходные сигналы электрических приставок 21.1, 21.2 соответственно автономных ДГ 4.1, 4.2 (фиг. 1), а также в первом частном случае и у валогенератора 29 (фиг. 2), установленного на судах с ВРШ, соединены через усилители 24.1, 24.2 и 33 (фиг. 1 - фиг. 6) соответственно у дизель-генераторов 4.1, 4.2 и валогенератора 29 с их серводвигателями соответственно 26.1, 26.2 и 34, встроенными соответственно в механические регуляторы 27.1, 27.2 и 35 подачи топлива соответственно автономных ДГ 4.1, 4.2 и главного двигателя 1.The frequency channel of the
Во втором частном случае (фиг. 3) у стабилизированного по частоте вращения валогенератора 29 в режиме его автономной работы на электрическую сеть выход его электрической приставки 28 (выход усилителя 33) соединяют через блок-контакт (не показан) секционного выключателя 25 с входами «1» подсистем 45 и 46 управления соответственно электромашинным 43 и сетевым 44 обратимыми полупроводниковыми преобразователями СПП 42 бустерной электрической машины 40 дифференциального механизма (не показано) механического вариатора (не показано) валогенератора 29. А в упомянутом пятом частном случае (фиг. 6) выход электрической приставки 28 (выход усилителя 33) соединяют таким же путем с входом подсистемы управления 56 независимого полупроводникового выпрямителя-возбудителя 55 стабилизированного по частоте напряжения ВГ 29 с тиристорным СПЧН.In the second special case (Fig. 3), the output of its electrical attachment 28 (output of the amplifier 33) is connected through a block contact (not shown) of the
В третьем и четвертом частных случаях у валогенераторов 29, стабилизированных по частоте напряжения посредством транзисторных СПЧН (фиг. 4, фиг. 5), нагрузочный и частотный каналы блока 70 параллельной работы в период автономной работы ВГ 29 действуют раздельно. В третьем частном случае (фиг. 4) в режиме автономной работы стабилизированного по частоте напряжения валогенератора 29 с электромагнитным возбуждением и транзисторным СПЧН выход его электрической приставки 28 (выход усилителя 33) соединяют в данном случае через блок-контакт (не показан) секционного выключателя 25 сборных шин 5 ГРЩ с входом «1» подсистемы 56 управления независимым полупроводниковым выпрямителем-возбудителем 55, тогда как выход частотного канала блока 70 параллельной работы (выход компаратора 79 сигналов частоты напряжения) соединяют через последовательно соединенные переключающие контакты 77.4 и 77.5 исполнительного реле 77 данного блока 70, с входом подсистемы 52 управления сетевым полупроводниковым инвертором 50 СПЧН стабилизированного по частоте напряжения ВГ 29.In the third and fourth particular cases, for
В четвертом частном случае (фиг. 5) в режиме автономной работы стабилизированного по частоте напряжения ВГ 29 с постоянными магнитами 53 и транзисторным СПЧН выход того же усилителя 33 электрической приставки 28 ВГ 29 соединяют через тот же блок-контакт секционного выключателя 25 с входом «1» подсистемы 57 управления электромашинным управляемым полупроводниковым выпрямителем 49 СПЧН валогенератора 29. А частотный канал блока 70 параллельной работы (выход компаратора 79 сигналов частоты напряжения) через последовательно соединенные переключающие контакты 77.4 и 77.5 промежуточного исполнительного реле 77 данного блока 70 подключают к подсистеме 52 управления сетевым полупроводниковым инвертором 50 СПЧН стабилизированного по частоте напряжения ВГ 29.In the fourth particular case (Fig. 5), in the autonomous operation of the frequency-stabilized
Управление режимами главного двигателя 1 на судах, оборудованных ВФШ (3-й - 5-й частные случаи), производят машинным телеграфом (не показано), воздействующим на серводвигатель 34 (фиг. 3 - фиг. 6) механического регулятора 35 подачи топлива, посредством системы 81 ДАУ главным двигателем 1 и усилитель 82, соединенными последовательно.The control of the modes of the
Стабилизированные ВГ 29 оборудованы подсистемой 83 ДАУ (фиг. 2 - фиг. 6), вход которой соединен через усилитель 68 с выходом компаратора 60 нулевой нагрузки электрической приставки 28, а ее выходы в отдельных частных случаях соединены: а) у валогенератора 29, установленного на судах с ВРШ (фиг. 2), ее выход «1» - с автоматическим регулятором 47 напряжения, а ее выход «2» - с автоматическим выключателем 30 валогенератора 29; б) у ВГ 29, стабилизированного по частоте вращения (фиг. 3), выход «3» соединен с разобщительной муфтой 38 промежуточного вала 36 главного редуктора 37, выход «1» - соответственно с автоматическим регулятором 47 напряжения, и выход «2» по стрелке «А» - с автоматическими выключателями 30 и 41 соответственно ВГ 29 и бустерной электрической машины 40 дифференциального механизма; в) у валогенераторов 29 с электромагнитным возбуждением, стабилизированных по частоте напряжения (фиг. 4, фиг. 6), - с параллельно соединенными входом «2» подсистемы 56 управления независимым полупроводниковым вьшрямителем-возбудителем 55 и входами автоматических выключателей 30 и 57 соответственно валогенератора 29 и независимого полупроводникового выпрямителя-возбудителя 55; г) а у ВГ 29 с постоянными магнитами, стабилизированного по частоте напряжения (фиг. 5),: выходом «1» - с входом «3» подсистемы 51 управления электромашинным полупроводниковым транзисторным выпрямителем 49 СПЧН (не показано) ВГ 29; выходом «2» - с входом разъединителя 84, а выходом «3» - с входом (не показано) автоматического выключателем 30 валогенератора 29.Stabilized VG 29 are equipped with a subsystem 83 DAE (Fig. 2 - Fig. 6), the input of which is connected through amplifier 68 to the output of the zero-load comparator 60 of the electrical attachment 28, and its outputs in some special cases are connected: a) at the shaft generator 29 installed on ships with CPP (Fig. 2), its output "1" - with an automatic voltage regulator 47, and its output "2" - with an automatic switch 30 of the shaft generator 29; b) in the VG 29, stabilized in terms of rotation frequency (Fig. 3), the output "3" is connected to the disconnecting clutch 38 of the intermediate shaft 36 of the main gearbox 37, the output "1" is respectively to the automatic voltage regulator 47, and the output "2" arrow "A" - with automatic switches 30 and 41, respectively, VG 29 and booster electric machine 40 of the differential mechanism; c) for shaft generators 29 with electromagnetic excitation, stabilized in voltage frequency (Fig. 4, Fig. 6), with parallel connected input "2" of the control subsystem 56 of an independent semiconductor exciter-exciter 55 and the inputs of the circuit breakers 30 and 57, respectively, of the shaft generator 29 and an independent semiconductor rectifier-exciter 55; d) and in VG 29 with permanent magnets, frequency-stabilized voltage (Fig. 5): the output "1" - with the input "3" of the subsystem 51 for controlling the electric machine semiconductor transistor rectifier 49 SPCHN (not shown) VG 29; the output "2" - with the input of the disconnector 84, and the output "3" - with the input (not shown) of the circuit breaker 30 of the shaft generator 29.
Аналогичной подсистемой 85 ДАУ снабжены и автономные дизель-генераторы, например, 4.1 (фиг. 3 - фиг. 5), вход «1» (Пуск) которой соединен с источником единичных сигналов через замыкающий контакт 66.2 промежуточного предупредительного реле 66 электрической приставки 28 валогенератора 29 (фиг. 3 - фиг. 6), вход «2» - с датчиками (не показано) данного дизель-генератора; а выходы «2» и «1» соединены соответственно с исполнительными органами (не показано) данного ДГ и входами подсистем (не показано) управления соответственно обратимыми электромашинным 16.1 и сетевым 17.1 полупроводниковыми преобразователями бустерной электрической машины 12.1 турбокомпаундной системы (не показано) наддувочного воздуха данного дизель-генератора 4.1.Autonomous diesel generators, for example, 4.1 (Fig. 3 - Fig. 5), the input "1" (Start) of which is connected to the source of single signals through the closing contact 66.2 of the
Сетевой полупроводниковый преобразователь 50 СПЧН стабилизированного по частоте напряжения валогенератора 29 (фиг. 4 - фиг. 6) для работы в режиме инвертора, ведомого сетью, снабжен синхронизирующим трансформатором напряжения 86, подключенным своим выходом к синхронизирующему входу подсистемы 52 управления данным инвертором: напрямую - у валогенератора 29 с тиристорным инвертором 50, ведомым сетью, в составе его СПЧН (фиг. 6); через переключающий контакт 77.5 промежуточного исполнительного реле 77 блока 70 параллельной работы - у валогенератора 29 с транзисторным инвертором 50 в составе его СПЧН (фиг. 4, фиг. 5).The
У валогенератора 29, стабилизированного по частоте напряжения, мощностью свыше 1,0 МВА (фиг. 6), у которого сетевой полупроводниковый инвертор 50 в составе его СПЧН выполняют на тиристорах (5-й частный случай), к выходу данного инвертора подключают параллельно синхронный компенсатор 87, оборудуемый обмоткой 88 возбуждения и автоматическим регулятором 89 напряжения.In the
Новый способ автоматического регулирования частоты напряжения, программирования и распределения активной нагрузки между разнотипными источниками электроэнергии судна осуществляют следующим образом.A new method for automatic regulation of the voltage frequency, programming and distribution of the active load between the various types of power sources of the vessel is carried out as follows.
Вводная информация. В целях экономии расхода непрерывно дорожающего топлива во второй половине прошлого века на морском транспорте получили распространение утилизационные паротурбогенераторы, использующие вторичные энергетические ресурсы отработавших газов главных двигателей, и валогенераторы. С той же целью построечная скорость хода большинства современных транспортных судов в конце прошлого века снизилась с 17-18 до 14-15 узлов, что вызвало понижение установленных мощностей их главных энергетических установок, а вслед за этим и уменьшение паропроизводительности утилизационных котлов, которой стало хватать лишь на собственные теплофикационные нужды судна. Поэтому использование утилизационных паротурбогенераторов на современных судах, требующих к тому же применения более дорогостоящих установок глубокой утилизации теплоты отработавших газов главных двигателей, практически прекратилось.Introductory information. In order to save the consumption of continuously rising fuel prices, in the second half of the last century, utilization steam turbine generators, using secondary energy resources of the exhaust gases of the main engines, and shaft generators, became widespread in maritime transport. For the same purpose, the construction speed of the majority of modern transport vessels at the end of the last century decreased from 17-18 to 14-15 knots, which caused a decrease in the installed capacities of their main power plants, and after that, a decrease in the steam output of utilization boilers, which was only enough for the ship's own heating needs. Therefore, the use of utilization steam turbine generators on modern ships, which also require the use of more expensive installations for deep utilization of the heat of exhaust gases from the main engines, has practically ceased.
Вместе с тем успехи, достигнутые в эти же годы в области турбонаддува двигателей внутреннего сгорания, привели к появлению на морском транспорте более простых, экономичных и недорогих турбокомпаундных систем утилизации энергии теплоты отработавших газов дизелей, включая и их турбокомпаундные системы наддувочного воздуха. Здесь важно отметить то, что турбокомпаундные системы наряду с повышением экономичности энергоустановок удачно решают и другую серьезную проблему морского транспорта - экологическую. Ведь экономное расходование топлива напрямую связано с вопросами экологии: чем меньше будет сожжено органического топлива, тем меньшее воздействие на окружающую среду окажут выбросы в нее вредных продуктов сгорания -парниковые и токсичные газы, зола, пепел, сажа. Вспомогательные дизели автономных дизель-генераторов, снабженные турбокомпаундными системами наддувочного воздуха и имеющие турбоэлектроприводной компрессор наддува, способны работать с полным сгоранием топлива, т.е. без дымления и без выбросов токсичных газов, в любом нагрузочном режиме: от холостого хода до номинальной. Ограничения на минимально допустимую длительную нагрузку в 30% номинальной на такие дизели не распространяются. То же самое относится и к судовым главным двигателям.At the same time, the successes achieved in the same years in the field of turbocharging of internal combustion engines led to the emergence of simpler, more economical and inexpensive turbo-compound systems for utilizing the heat of diesel exhaust gases, including their turbo-compound charge air systems, in maritime transport. It is important to note here that turbo-compound systems, along with increasing the efficiency of power plants, successfully solve another serious problem of maritime transport - environmental. After all, economical fuel consumption is directly related to environmental issues: the less fossil fuel is burned, the less impact on the environment will be the emissions of harmful combustion products into it - greenhouse and toxic gases, ash, ash, soot. Auxiliary diesel engines of autonomous diesel generators, equipped with turbo-compound charge air systems and with a turbo-electric boost compressor, are capable of operating with complete fuel combustion, i.e. without smoke and without emission of toxic gases, in any load mode: from idle to nominal. Limitations on the minimum permissible continuous load of 30% of the nominal load do not apply to such diesel engines. The same applies to marine main engines.
Но в отличие от утилизационных паротурбогенераторов, газотубогенераторы турбокомпаундных систем лишены традиционных средств индивидуального регулирования развиваемой ими мощности, тогда как смена режимов работы судовых дизелей, а следовательно, и систем их турбонаддува носит сравнительно частый и случайный характер. Более того, специфика режимов турбонаддува дизеля, работающего в широком диапазоне нагрузок от холостого хода до номинальной, диктует необходимость перевода газотурбоприводного генератора системы турбонаддува из генераторного режима в двигательный и наоборот.But in contrast to utilization steam turbine generators, gas-to-gas generators of turbo-compound systems are deprived of traditional means of individual regulation of the power developed by them, while the change of operating modes of marine diesel engines, and, consequently, of their turbocharging systems, is relatively frequent and random. Moreover, the specifics of the turbocharging modes of a diesel engine operating in a wide range of loads from idle to nominal, dictates the need to transfer the gas-turbine-driven generator of the turbocharging system from the generator mode to the motor mode and vice versa.
В отличие от судов старой постройки, электростанция современного судна оказывается укомплектованной разными источниками электроэнергии - автономными дизель-генераторами, вспомогательными и утилизационными паро- и газотурбинными генераторами, валогенраторами - с разной степенью автономности их первичных двигателей. В этих условиях применение традиционных методов и средств регулирования частоты напряжения в электрической сети судна и распределения активных нагрузок между параллельно работающим источниками электроэнергии разного типоисполнения, разной степени автономности и экономичности, с нестабильными режимами генерирования и разными регулировочными возможностями становится малоэффективным.Unlike old-built ships, the power plant of a modern ship turns out to be equipped with different sources of electricity - autonomous diesel generators, auxiliary and utilization steam and gas turbine generators, shaft generators - with varying degrees of autonomy of their prime movers. Under these conditions, the use of traditional methods and means of regulating the voltage frequency in the ship's electrical network and the distribution of active loads between parallel operating power sources of different types, varying degrees of autonomy and efficiency, with unstable generation modes and different control capabilities becomes ineffective.
Заявленный способ направлен на решение этой задачи. В его основу положен критерий максимально достижимой экономико-экологический эффективности использования главного двигателя и электростанции судна, сущность которого состоит в том, что при параллельной работе нескольких разнотипных источников электроэнергии общую нагрузку электрической сети судна распределяют между ними так, чтобы утилизационные турбогенераторы, использующие вторичные ресурсы главного и вспомогательных дизелей, были загружены всегда потенциально располагаемой в текущий момент мощностью, а оставшуюся нагрузку распределяют между валогенератором и автономными дизель-генераторами в такой пропорции, при которой сначала загружают валогенератор, работающий с более высоким КПД, до максимально допустимой либо потенциально возможной мощности в зависимости от частоты его вращения, а уже последние остатки нагрузки электросети переводят на автономные дизель-генераторы. Причем, если они имеют одинаковый номинальный КПД, приходящуюся на них нагрузку распределяют между ними поровну. Если же номинальный КПД автономных дизель-генераторов неодинаков, то большей частью оставшейся нагрузки электросети загружают агрегат с большим номинальным КПД, нагружая его до максимально установленной для него мощности, равной 85% номинальной, при которой он работает с наименьшим удельным расходом топлива. А нагрузку электросети, уже выше указанной, принимает на себя автономный агрегат с более низким КПД. Такова сущность управления электроснабжением судна по критерию экономико-экологической эффективности.The claimed method is aimed at solving this problem. It is based on the criterion of the maximum achievable economic and environmental efficiency of using the main engine and power plant of the ship, the essence of which is that when several different types of electricity sources operate in parallel, the total load of the ship's electrical network is distributed between them so that the utilization turbogenerators using the secondary resources of the main and auxiliary diesel engines, were loaded with the power that is always potentially available at the moment, and the remaining load is distributed between the shaft generator and autonomous diesel generators in such a proportion that first the shaft generator, operating with a higher efficiency, is loaded to the maximum allowable or potentially possible power, depending on from the frequency of its rotation, and already the last remnants of the power grid load are transferred to autonomous diesel generators. Moreover, if they have the same nominal efficiency, the load on them is distributed equally between them. If the nominal efficiency of autonomous diesel generators is not the same, then most of the remaining load of the power grid is loaded with a unit with a high nominal efficiency, loading it to the maximum power installed for it, equal to 85% of the nominal, at which it operates with the lowest specific fuel consumption. And the load of the power grid, already higher than the specified one, is taken over by an autonomous unit with a lower efficiency. This is the essence of ship power supply management based on the criterion of economic and environmental efficiency.
1. Параллельная работа автономных дизель-генераторов и утилизационных газотурбогенераторов их турбокомпаундных систем наддува1. Parallel operation of autonomous diesel generators and utilization gas turbine generators of their turbo compound pressurization systems
В ходовом режиме работы судна, не оборудованного валогенератором, его электроснабжение производят, как правило, от параллельно работающих автономных ДГ 4.1 и 4.2 (фиг. 1), которые подключены к сборным шинам 5 ГРЩ посредством автоматических выключателей 6.1 и 6.2. Первичные двигатели (не показано) дизель-генераторов 4.1 и 4.2 оборудованы турбокомпаундными системами наддувочного воздуха в составе соответственно: для дизель-генератора 4.1 - УТГ 13.1, БЭМ 14.1 и турбокомпрессора 15.1; для дизель-генератора 4.2 - УТГ 13.2, БЭМ 14.2 и турбокомпрессора 15.2. Аналогичной ТКС наддува в составе утилизационной газовой турбины 7, бустерной электрической машины 8 и турбокомпрессора 9 оборудован и ГД 1. Утилизационные газовые турбины 7, 13.1 и. 13.2 работают на энергии отработавших газов соответственно ГД 1 и первичных двигателей автономных ДГ 4.1 и 4.2. В качестве БЭМ 8, 14.1 и 14.2 используют, например, синхронную машину с постоянными магнитами (не показано). Их подключают к тем же сборным шинам 5 ГРЩ посредством автоматических выключателей 12 у главного двигателя 1 и 18.1, 18.2 соответственно у автономных ДГ 4.1 и 4.2.In the running mode of the ship, not equipped with a shaft generator, its power supply is usually produced from parallel operating autonomous DGs 4.1 and 4.2 (Fig. 1), which are connected to the
В период запуска главного и вспомогательных дизелей, их работы на холостом ходу и в нагрузочных режимах с нагрузкой менее 30% номинальной их отработавшие газы имеют невысокий энергетический потенциал, и поэтому УГТ 7, 13.1 и 13.2 и их турбокомпрессоры 9, 15.1 и 15.2 неспособны обеспечить процесс горения топлива в цилиндрах дизелей количеством воздуха, достаточным для полного его сгорания. В этих режимах для создания оптимальной производительности турбокомпрессоров 9, 15.1 и 15.2 бустерные электрические машины 8, 14.1 и 14.2 используют в двигательном режиме и, восполняя дефицит вращающего момента на валах турбокомпрессоров 9, 15.1 и 15.2, обеспечивают подачу воздуха в камеры сгорания дизелей в необходимом количестве и требуемого давления для полного без остатка сгорания топлива, т.е. без дымления и без образования токсичных газов. Когда нагрузка дизелей достигает 30% номинальной, УГТ 7, 13.1 и 13.2 и приводимые ими турбокомпрессоры 9, 15.1 и 15.2 способны самостоятельно обеспечить оптимальную подачу наддувочного воздуха в камеры сгорания. А при нагрузках дизелей свыше 30% номинальной приводная способность УГТ 7, 13.1 и 13.2 становится избыточной. Во избежание перепуска части отработавших, но еще обладающих высоким энергетическим потенциалом газов дизелей в атмосферу, БЭМ 8, 14.1 и 14.2 переводят в генераторный режим, направляя преобразуемую ими электрическую энергию в электросеть судна по линии их питания и повышая за счет этого КПД своих дизелей. В этих нагрузочных режимах дизелей БЭМ 8, 14.1 и 14.2 их турбокомпаундных систем работают в параллель с автономными ДГ, развивая мощности, определяемые текущим энергетическим потенциалом отработавших газов соответственно главного 1 и вспомогательных дизелей автономных ДГ 4.1 и 4.2. При этом распределение общей нагрузки электрической сети судна между автономными ДГ и бустерными электрическими машинами в соответствии с указанными выше критерием и принципом производят в следующей последовательности.During the period of starting the main and auxiliary diesel engines, their operation at idle speed and in load modes with a load less than 30% of the nominal, their exhaust gases have a low energy potential, and therefore
Текущую (действительную) нагрузку генерирующих агрегатов измеряют посредством: у автономных ДГ 4.1 и 4.2 - соответственно датчиков 22.1 и 22.2 активного тока (ДАТ) их электрических приставок 21.1 и 21.2; у бустерных электрических машин 14.1 и 14.2 их турбокомпаундных систем - соответственно реверсивных датчиков 20.1 и 20.2 мощности (ДМ); а у БЭМ 8 турбокомпаундной системы 7-8-9 главного двигателя 1 - реверсивного ДМ 19. Измеренные датчиками 22.1 и 22.2 активного тока сигналы соответственно автономных ДГ 4.1 и 4.2 направляют через блок-контакты (не показано) их автоматических выключателей соответственно 6.1 и 6.2 на входы «1» и «2» второго сумматора 72 сигналов нагрузки электрической сети блока 70 параллельной работы. Измеренные реверсивными ДМ 19, 20.1 и 20.2 сигналы текущих нагрузок соответственно БЭМ 8, 14.1 и 14.2 турбокомпаундных систем соответственно ГД 1 и автономных ДГ 4.1 и 4.2 направляют через блок-контакты (не показано) их автоматических выключателей соответственно 12, 18.1 и 18.2 и блокирующие диоды (не показано) на входы первого сумматора 71 сигналов нагрузок бустерных электрических машин блока 70 параллельной работы.The current (actual) load of generating units is measured by means of: for autonomous DG 4.1 and 4.2 - respectively active current sensors 22.1 and 22.2 (DAT) of their electrical attachments 21.1 and 21.2; for booster electric machines 14.1 and 14.2 of their turbo-compound systems - respectively, reversible sensors 20.1 and 20.2 power (DM); and for
В первом сумматоре 71 суммируют сигналы нагрузок всех БЭМ, и результирующий сигнал Σ1 посылают на параллельно включенные вход «1» первого дифференциального субблока 73 и вход «3» второго сумматора 72 сигналов нагрузки электрической сети, посредством которого определяют общую текущую нагрузку электрической сети в целом. Далее из выходного сигнала Σ2 общей нагрузки электрической сети, формируемого вторым сумматором 72, в первом дифференциальном субблоке 73 вычитают выходной сигнал Σ1 суммарной мощности, развиваемой всеми БЭМ 8, 14.1 и 14.2 турбокомпаундных систем соответственно ГД 1 и автономных ДГ 4.1 и 4.2 и формируемый первым сумматором 71 сигналов нагрузок. В результате определяют сигнал Рдг=Σ2-Σ1 общей нагрузки, приходящийся на оба автономных ДГ 4.1 и 4.2, который направляют на вход «1» субблока 75 сигнала средней нагрузки, выполняющий операцию деленияIn the
где Рдг - общая нагрузка, которая приходится на оба автономных ДГ;where P dg is the total load that falls on both autonomous DGs;
n - количество параллельно работающих автономных ДГ, информацию о котором подают на входы «2» и «3» субблока 75 средней нагрузки посредством размыкающих блок-контактов 6.1 и 6.2 генераторных выключателей.n is the number of parallel operating autonomous DGs, information about which is fed to inputs "2" and "3" of the
Сигнал Рср средней нагрузки, приходящийся на один автономный ДГ, суммируют в интеграторе 80 с сигналом Δƒ отклонения частоты напряжения в электрической сети, измеряемой датчиком 78 действительной частоты, от ее программно заданного значения ƒзад, и формируемого компаратором 79 частотных сигналов. Результирующий сигнал нагрузочного и частотного каналов (не показано) блока 70 параллельной работы с выхода интегратора 80, как сигнал задающей мощности Рзад для каждого из параллельно работающих автономных ДГ, направляют на параллельно включенные задающие входы «2» компараторов 23.1 и 23.2 сигналов нагрузок соответственно электрических приставок 21.1 и 27.2 соответственно автономных ДГ 4.1 и 4.2. На входы «1» тех же компараторов приходят сигналы действительных нагрузок тех же автономных ДГ, формируемые датчиками 22.1 и 22.2 активного тока соответственно электрических приставок 21.1 и 21.2 соответственно автономных ДГ 4.1 к 4.2 и посылаемые через блок-контакты (не показано) их автоматических выключателей соответственно 6.1 и 6.2. Сигналы разности с выхода данных компараторов 23.1 и 23.2 сигналов нагрузок направляют на соответственно усилители 24.1 и 24.2 сигналов тех же электрических приставок соответственно автономных ДГ 4.1 и 4.2. Затем усиленные сигналы направляют через блок-контакты (не показано) секционного выключателя 25 сборных шин 5 ГРЩ на входы серводвигателей соответственно 26.1 и 26.2, встроенных в механические регуляторы 27.1 и 27.2 подачи топлива соответственно автономных ДГ 4.1 и 4.2. Данные регуляторы изменяют подачу топлива и соответственно вращающий момент и активную нагрузку каждого автономного ДГ до тех пор, пока сигналы разности на выходе компараторов 23.1 и 23.2 нагрузок соответственно электрических приставок 21.1 и 21.3 соответственно автономных ДГ 4.1 и 4.2 не станут равными нулю.The signal P cf of the average load, falling on one autonomous DG, is summed up in the
Частотный канал 78-79 блока 70 параллельной работы настроен на поддержание у каждого автономного ДГ 4.1 и 4.2 астатической регуляторной частотной характеристики при заданной частоте напряжения на задающем входе «2» компаратора 79 частотных сигналов. С такой же частотой напряжения передают утилизируемую электрическую энергию в электросеть судна и бустерные электрические машины 8, 14.1 и 14.2 турбокомпаундных систем соответственно главного двигателя 1 и автономных ДГ 4.1 и 4.2, сетевые полупроводниковые преобразователи которых, соответственно 11, 17.1 и 17.2, работают в режиме инверторов, ведомых сетью.The frequency channel 78-79 of the
В периоды работы ГД 1 и автономных ДГ 4.1 и 4.2 с нагрузками менее 30% номинальной, их БЭМ соответственно 8, 14.1 и 14.2 переводят автоматически посредством сигналов обратной полярности на выходе их реверсивных ДМ соответственно 19, 20.1 и 20.2 в режим электродвигателей, поддерживая, как замечено, оптимальную производительность турбокомпрессоров 9, 15.1 и 15.2 наддува для обеспечения бездымного сгорания топлива в цилиндрах их дизелей. Во избежание нарушения в этот период нормальной работы блока 70 параллельной работы сигналами обратной полярности на выходах реверсивных датчиков мощности БЭМ 8, 14.1 и 14.2, эти сигналы блокируют посредством блокирующих диодов (не показано), установленных на входах первого сумматора 71 сигналов блока 70 параллельной работы.During the periods of operation of
В случае работы каждого автономного ДГ на разобщенные посредством секционного выключателя 25 секции сборных шин 5 ГРЩ, автоматическое распределение нагрузок между дизель-генераторами 4.1 и 4.2 прерывается посредством секционного выключателя 25, размыкающие блок-контакты которого (не показано) установлены на выходе электрических приставок 21.1 и 21.2 соответственно их дизель-генераторов 4.1 и 4.2. При этом автоматическое регулирование частоты напряжения на разобщенных секциях (не показано) сборных шин 5 ГРЩ осуществляют независимо посредством механических регуляторов 27.1 и 27.2 соответственно у ДГ 4.1 и 4.2 по их статическим регуляторным характеристикам.In the case of operation of each autonomous DG on the
2. Параллельная работа валогенератора, вращаемого ВРШ, и утилизационного газотурбогенератора турбокомпаундной системы наддува главного двигателя2. Parallel operation of the shaft generator rotated by the CPP and the utilization gas turbine generator of the turbo-compound pressurization system of the main engine
В первом частном случае (фиг. 2) в ходовом режиме судна, оборудованного ГД 1, гребным валом 2, винтом 3 регулируемого шага и ВГ 29, его электроснабжение производят от совместно работающих в автономном режиме синхронного ВГ 29 с электромагнитным возбуждением от обмотки 54 возбуждения, питаемой автоматическим регулятором 47 напряжения, и бустерной электрической машины 8 турбокомпаундной системы 7-8-9 наддувочного воздуха ГД 1. К сборным шинам 5 ГРЩ валогенератор 29 подключают посредством автоматического выключателя 30, а БЭМ 8 - посредством статического полупроводникового преобразователя (СПП) 10-11 в составе обратимых электромашинного 10 и сетевого 11 полупроводниковых преобразователей, собранных на силовых транзисторах типа IGBT, и автоматического выключателя 12. Ход судна, оборудованного ВРШ, с валогенератором выполняют при постоянной угловой скорости гребного вала 2 и ротора ВГ 29, стабилизируемой посредством механического регулятора 35 подачи топлива главного двигателя 1 во взаимодействии с частотным каналом 78-79 блока 70 параллельной работы и электрической приставкой 28 ВГ 29, а маневры судна производят за счет регулирования шага лопастей (не показано) гребного винта 3. В таком ходовом режиме главного двигателя 1 синхронный ВГ 29 генерирует электроэнергию переменного тока стабильной частоты. Однако длительную параллельная работу ВГ 29 с автономным дизель-генератором (не показано) не допускают, из-за подверженности угловой скорости главного двигателя 1 колебаниям при плавании судна в штормовую погоду. При движении судна полным и средним ходами БЭМ 8 турбокомпаундной системы наддувочного воздуха главного двигателя 1 переводят посредством ее статического полупроводникового преобразователя 10-11 в генераторный ражим, и она, развивая потенциально располагаемую мощность, пропорциональную текущему нагрузочному режиму главного двигателя 1, работает через статический полупроводниковый преобразователь 10-11 в параллель с ВГ 29. При этом общую нагрузку электрической сети (не показано) судна, подключенной к сборным шинам 5 ГРЩ, распределяют принудительно между ними в следующей последовательности.In the first particular case (Fig. 2) in the running mode of a vessel equipped with a
Измеряют у обоих генерирующих агрегатов развиваемые ими текущие мощности: у ВГ 29 - посредством ДАТ 31 электрической приставки 28, а у БЭМ 8 - посредством реверсивного ДМ 19. Измеренные сигналы посылают в блок 70 параллельной работы на входы «2» (Рвг) и «3» (Ртг) второго сумматора 72 нагрузки электрической сети: сигнал ДАТ 31 - через блок-контакт 30.1 автоматического выключателя 30, а сигнал реверсивного ДМ 19 - через блок-контакт (не показан) автоматического выключателя 12, блокирующий диод (не показано) и первый сумматор 71 сигналов бустерных электрических машин. Посредством второго сумматора 72 сигналов определяют общую нагрузку РΣ2 электрической сети, и его выходной сигнал посылают на вход «1» дифференциального субблока 73, на вход «2» которого приходит сигнал Ртг нагрузки БЭМ 8 от реверсивного ДМ 19 после его обработки в первом сумматоре 71. Посредством дифференциального субблока 73 из первого сигнала РΣ2 вычитают второй Ртг и получают сигнал нагрузки, приходящийся на ВГ 29. Данный сигнал направляют на вход «1» интегратора 80, который суммируют с сигналом разности ±Δƒ частотного канала, получаемого на выходе компаратора 79 сигналов частоты напряжения в результате сравнения сигнала действительной частоты напряжения электрической сети, измеряемого датчиком 78 действительной частоты и посылаемого на вход «1» компаратора 79, с программно заданным сигналом частоты напряжения на его входе «2», равным, в частности, 50 Гц. Выходной сигнал интегратора 80 блока 70 параллельной работы является сигналом задающей мощности Рзад ВГ 29. Его посылают через переключающий контакт 77.2 промежуточного исполнительного реле 77 блока 70 параллельной работы на задающий вход «2» компаратора 32 сигналов нагрузок электрической приставки 28 ВГ 29, на вход «1» которого приходит сигнал действительной мощности того же ВГ 29. Выходной сигнал ±ΔР разности компаратора 32 сигналов усиливают усилителем 33 и посылают на серводвигатель 34 механического регулятора 35 подачи топлива ГД 1. Взаимодействием частотного канала 78-79 блока 70 параллельной работы, электрической приставки 28 и механического регулятора 35 подачи топлива обеспечивают работу ГД по астатической регуляторной частотной характеристике.The current capacities developed by them are measured at both generating units: for VG 29 - by means of
Одновременно с этим сигнал текущей нагрузки ВГ 29, измеряемый ДАТ 31 данной электрической приставки 28 и направляемый через замыкающий блок-контакт 30.1 автоматического выключателя 30 параллельно на вход «1» компаратора 59 максимальной нагрузки, сравнивают с программно установленной на входе «2» данного компаратора 59 максимально допустимой нагрузкой валогенератора 29, равной 90% номинальной. Когда эти сигналы будут равны, на выходе компаратора 59 формируют сигнал, который посылают на вход логического элемента 64 типа «ИЛИ», нагруженного промежуточным предупредительным реле 66. Через замыкающий контакт (не показан) этого реле в подсистему ДАУ резервным автономным дизель-генератором (на фиг. 2 не показано) посылают сигнал необходимого его запуска одновременно с БЭМ (не показано) его турбокомпаундной системы наддувочного воздуха.At the same time, the signal of the
В период работы главного двигателя 1 с нагрузкой менее 30% номинальной, БЭМ 8 его турбокомпаундной системы 7-8-9 переводят посредством обратимых электромашинного 10 и сетевого 11 полупроводниковых преобразователей данной машины в двигательный режим, при котором реверсивный ДМ 19 данной электрической машины меняет полярность выходного сигнала. Во избежание нарушения этим сигналом нормальной работы блока 70 параллельной работы, его блокируют посредством блокирующего диода (не показано), установленного на входе первого сумматора 71 сигналов блока 70 параллельной работы.During the operation of the
3. Параллельная работа стабилизированного по частоте вращения валогенератора, вращаемого ВФШ, и утилизационного газотурбогенератора турбокомпаундной системы наддува главного двигателя3. Parallel operation of a shaft generator, stabilized in terms of rotation frequency, rotated by a fixed pitch propeller, and a utilization gas turbine generator of a turbocomposite pressurization system of the main engine
Во втором частном случае (фиг. 3) электроснабжение судна, оборудованного среднеоборотным главным двигателем 1, гребным валом 2, главным редуктором 37 и винтом 3 фиксированного шага, осуществляют в ходовом режиме от синхронного валогенератора 29, снабженного обмоткой возбуждения 54 и автоматическим регулятором 47 напряжения, который связан по входу «2» с выходом «1» подсистемы 83 ДАУ валогенератором 29. Маневры ГД 1 выполняют путем изменения угловой скорости и направления вращения его коленчатого вала (не показано). Чтобы в этих условиях синхронный ВГ 29 генерировал постоянную частоту напряжения, стабилизируют его частоту вращения посредством механического вариатора (не показано), состоящего из планетарной зубчатой передачи 39, входной вал (не показано) которой сочленяют с промежуточным валом 36 главного редуктора 37 разобщительной муфтой 38, и дифференциального механизма (не показано), состоящего из бустерной электрической машины 40, например, синхронной с постоянными магнитами (не показано), и статического полупроводникового преобразователя 42 в составе обратимых электромашинного 43 и сетевого 44 полупроводниковых преобразователей, собранных на силовых транзисторах типа IGBT и подключенных к сборным шинам 5 ГРЩ через автоматический выключатель 41, с их подсистемами соответственно 45 и 46 управления. Такой валогенератор является стабилизированным по частоте вращения и его допускают, что весьма существенно, на длительную параллельную работу с автономным ДГ 4.1 в ограниченном диапазоне изменения частоты вращения гребного вала 2, составляющем (0,7-1,1)nн (nн - номинальная частота вращения гребного вала 2, соответствующая режиму экономического хода судна). Номинальным же оборотам гребного вала 2 n2н соответствует номинальная частота вращения синхронного валогенератора 29 n29н. В этом режиме экономического хода судна вал БЭМ 40 дифференциального механизма механического вариатора не вращается: n40=0. При вращении гребного вала 2 и валогенератора 29 с частотой, превышающей номинальную, частота напряжения на шинах 5 ГРЩ станет выше заданной ƒзад. Отклонение сигнала частоты напряжения, измеренное компаратором 79 сигналов частоты напряжения блока 70 параллельной работы, направляют, через сумматор 80 и переключающие контакты 77.2 и 66.1 промежуточных исполнительного реле 77 блока 70 параллельной работы и предупредительное реле 66 электрической приставки 28 валогенератора 29, обесточенных в период его автономной работы, на вход «1» компаратора 32 сигналов нагрузок электрической приставки 28 валогенератора 29. Выходным сигналом данного компаратора 32 воздействуют через усилитель 33 той же электрической приставки 28 на входы «1» подсистем 45 и 46 управления соответственно электромашинным 42 и сетевым 43 полупроводниковыми преобразователями СПП 42 бустерной электрической машины 40. Тем самым БЭМ 40 переводят в режим генератора, с частотой вращения n40, при которой частоту вращения ротора ВГ 29 сохраняют номинальной, так какIn the second special case (Fig. 3), the power supply of a ship equipped with a medium-speed
n29н=n2-n40.n 29n = n 2 -n 40 .
А при вращении гребного винта 2 с частотой, ниже номинальной, БЭМ 40 переводят посредством того же СПП 42 по сигналу обратной полярности того же компаратора 79 сигналов частоты напряжения блока 70 параллельной работы в двигательный режим, автоматически нагружая ее тем большим вращающим моментом, чем ниже частота вращения гребного вала 2 и промежуточного вала 36 главного редуктора 37. При этом частоту вращения ротора ВГ 29 по-прежнему сохраняют номинальной, так какAnd when the
n29н=n2+n40.n 29n = n 2 + n 40 .
В этом, нижнем диапазоне допустимых для работы валогенератора частот вращения гребного вала 2 возможно попадание БЭМ 40 в режим перегрузки в период ее работы бустерным двигателем.In this lower range of the
В ходовом режиме судна при вращении гребного вала 2 в пределах указанного рабочего диапазона, его электроснабжение производят, как и в первом частном случае, от параллельно работающих в автономном режиме стабилизированного синхронного ВГ 29, БЭМ 8 турбокомпаундной системы 7-8-9 наддувочного воздуха главного двигателя 1 и дополнительно - от БЭМ 40 дифференциального механизма механического вариатора валогенератора 29 в период ее работы в генераторном режиме. При этом общую нагрузку электрической сети (не показано) судна, подключенной к сборным шинам 5 ГРЩ, распределяют между ними в следующей последовательности.In the running mode of the ship, when the
БЭМ 8 и 40 в период их работы генераторами загружают текущими располагаемыми мощностями, пропорциональными текущему энергетическому потенциалу отработавших газов ГД 1 (для БЭМ 8) и скорости хода судна (для БЭМ 40). Измеряют у всех генерирующих агрегатов развиваемые ими значения текущих мощностей: у стабилизированного ВГ 29 - посредством ДАТ 31 его электрической приставки 28, у БЭМ 8 турбокомпаундноой системы наддува ГД 1 - посредством реверсивного ДМ 19, а у БЭМ 40 дифференциального механизма - посредством реверсивного ДМ 48. Измеренный датчиком 31 активного тока ВГ 29 сигнал направляют через блок-контакт 30.1 его автоматического выключателя 30 на вход «2» второго сумматора 72 сигналов нагрузки электрической сети блока 70 параллельной работы. А измеренные реверсивными ДМ 19 и 48 сигналы действительных нагрузок соответственно БЭМ 8 турбокомпаундной системы ГД 1 и БЭМ 40 дифференциального механизма направляют, через блок-контакты (не показано) их автоматических выключателей соответственно 12 к 41 и блокирующие диоды (не показано), на входы первого сумматора 71 сигналов нагрузок бустерных электрических машин того же блока 70 параллельной работы.During the period of their operation,
В первом сумматоре 71 сигналов суммируют сигналы нагрузок всех БЭМ. Его результирующий сигнал Σ1 посылают на параллельно включенные вход «2» первого дифференциального субблока 73 и вход «3» второго сумматора 72 сигналов, посредством которого определяют, общую текущую нагрузку всей электрической сети, и посылают ее сигнал на вход «1» первого дифференциального субблока 73. Далее в нем из сигнала Σ2 общей нагрузки электрической сети, вычитают сигнал Σ1 суммарной мощности, развиваемой обеими БЭМ 8 и 40 соответственно турбокомпаундной системы ГД 1 и дифференциального механизма механического вариатора стабилизированного ВГ 29, формируемый первым сумматором 71 сигналов. В результате на выходе дифференциального субблока 73 определяют сигнал нагрузки Р=Σ2-Σ1 приходящейся на стабилизированный ВГ 29. Его направляют через замкнутые размыкающие контакты 77.1 и 77.3 обесточенного в период автономной работы ВГ 29 промежуточного исполнительного реле 77, шунтирующие соответственно второй дифференциальный субблок 74 и субблок 75 средней нагрузки отдельного автономного ДГ, на вход «1» интегратора 80 блока 70 параллельной работы. Выходной сигнал интегратора 80 является сигналом Рзад задающей мощности стабилизированного ВГ 29. Его посылают через замкнутые переключающие контакты 77.2 и 66.1 на задающий вход «2» компаратора 32 сигналов нагрузок электрической приставки 28 валогенератора 29, на вход «1» которого приходит сигнал Рдей действительной мощности стабилизированного ВГ 29 с выхода его датчика 31 активного тока через замыкающий блок-контакт 30.1 автоматического выключателя 30 валогенератора 29. Выходной сигнал ±ΔР разности компаратора 32 сигналов нагрузок усиливают усилителем 33 и посылают через блок-контакт (не показано) секционного выключателя 25 на входы «1» подсистем 45 и 46 управления обратимыми соответственно электромашинным 43 и сетевым 44 полупроводниковыми преобразователями СПП 42 бустерной электрической машины 40 дифференциального механизма. По данному сигналу указанные подсистемы 45 и 46 управления регулируют углы управления силовых транзисторов (не показано) соответствующих полупроводниковых преобразователей 43 и 44, чем изменяют ток и электромагнитный момент, развиваемый БЭМ 40 дифференциального механизма механического вариатора ВГ 29. Этим вызывают увеличение ее вращающего момента в двигательном режиме (или тормозного момента в генераторном режиме) и оказывают стабилизирующее воздействие, как показано выше, на выходной вал (не показано) планетарной зубчатой передачи 39, вращающей стабилизированный синхронный ВГ 29, и частоту напряжения на клеммах его якорной обмотки (не показано). Что касается регулирования подачи топлива ГД 1 на данном типе судна, то его производят сигналом изменения скорости хода судна, подаваемым по команде машинного телеграфа (не показано) системой 81 ДАУ главным двигателем 1 через усилитель 82 и направляемым на серводвигатель 34 его механического регулятора 35 подачи топлива.In the
Одновременно с процессом распределения нагрузки электрической сети между генерирующими агрегатами разного типа производят связанное с ним регулирование частоты напряжения электрической сети, как представлено выше в данном разделе описания способа.Simultaneously with the process of distributing the load of the electrical network between generating units of different types, the related regulation of the frequency of the voltage of the electrical network is carried out, as presented above in this section of the description of the method.
Режимы загрузки стабилизированного ВГ 29 и БЭМ 40 его дифференциального механизма контролируют в его электрической приставке 28 компараторами соответственно 59 и 63 сигналов их максимальных нагрузок. В частности, перегрузка стабилизированного ВГ 29 может быть вызвана чрезмерно высоким приростом нагрузки электрической сети, а перегрузка БЭМ 40, как замечено, - использованием ВГ 29 при чрезмерно низких частотах вращения гребного вала 2. На входы «1» компараторов 59 и 63 сигналов максимальной нагрузки поступают сигналы действительных нагрузок соответственно от ДАТ 31 стабилизированного ВГ 29 и реверсивного датчика 48 мощности БЭМ 40 дифференциального механизма через соответственно блок-контакты 30.1 автоматического выключателя 30 и блок-контакт (не показан) автоматического выключателя 41. Измеренные ими сигналы сравнивают с программно установленными на входах «2» данных компараторов 59 и 63 сигналами соответственно P1мак и Р2мак максимально допустимых нагрузок для этих агрегатов, равными 90% номинального значения для ВГ 29 и 100% - для БЭМ 40. При совпадении сравниваемых сигналов на компараторе 59 сигнала максимальной нагрузки ВГ 29 формируемый на его выходе единичный сигнал направляют через логический элемент 64 типа «ИЛИ» на промежуточное предупредительное реле 66 перегрузки и включают его. Теперь переключающим контактом 66.1 промежуточного предупредительного реле 66 перегрузки валогенератора 29 задающий вход «2» компаратора 32 сигналов нагрузок в электрической приставке 28 при обесточенном аварийно-предупредительном реле 67 соединяют уже с программно установленным упомянутым входом «2» компаратора 59 сигнала максимальной нагрузки ВГ 29, на котором установлен программно сигналом Р1мак. Тем самым ограничивают потолочное значение загрузки стабилизированного ВГ 29 указанным значением P1мак.The loading modes of the stabilized
Вторым, замыкающим контактом 66.2 предупредительного реле 66 перегрузки ВГ 29 в данный момент посылают сигнал «Пуск» на вход «1» подсистемы 85 ДАУ резервным автономным ДГ 4.1. Посредством данной подсистемы ДАУ сигналами с ее выхода «2» производят запуск по известной программе резервного автономного ДГ 4.1, а сигналом с выхода «1» данной подсистемы 85 ДАУ одновременно вводят в действие турбокомпрессор 15.1 турбокомпаундной системы наддува данного автономного ДГ 4.1 посредством ее БЭМ 14.1, запускаемой в режиме двигателя сигналом, поступающим на входы ее автоматического выключателя 18.1 и подсистем (не показано) управления соответственно обратимыми электромашинным 16.1 и сетевым 17.1 полупроводниковыми преобразователями. Далее синхронизируют по известной программе запущенный автономный ДГ 4.1 с электрической сетью (не показано) и подключают к сборным шинам 5 ГРЩ посредством автоматического выключателя 6.1 на параллельную работу с уже работающими генерирующими агрегатами: стабилизированным ВГ 29, загруженным до 90% номинальной мощности, БЭМ 40 дифференциального механизма его механического вариатора и БЭМ 8 турбокомпаундной системы наддува ГД 1. Степень загрузки подключенного автономного ДГ 4.1 определяют посредством нагрузочного канала (не показан) блока 70 параллельной работы, для чего изменяют его структуру следующим образом. Посредством двух - замыкающего и размыкающего - блок-контактов (не показано) автоматического выключателя 6.1 в блок 70 параллельной работы посылают информационные сигналы соответственно на вход «1» логического элемента 76 типа «ИЛИ» и вход «2» элемента 75 средней нагрузки отдельных автономных ДГ. Выходным сигналом логического элемента 76 типа «ИЛИ» включают промежуточное исполнительное реле 77 блока параллельной работы. Его размыкающими контактами 77.1 и 77.3 включают в цепь нагрузочного канала (не показано) блока 70 параллельной работы соответственно второй дифференциальный субблок 74 и субблок 75 средней нагрузки отдельных автономных ДГ, ранее ими шунтируемые, а переключающим контактом 77.2 переключают выход интегратора 80 на задающий вход «2» компаратора 23.1 сигналов нагрузок электрической приставки 21.1 уже введенного в действие автономного ДГ 4.1. Одновременно другим замыкающим блок-контактом (не показано) автоматического выключателя 6.1 и таким же блок-контактом автоматического выключателя 18.1 бустерной электрической машины 14.1 посылают в блок 70 параллельной работы информационные сигналы соответственно от ДАТ 22.1 и реверсивного ДМ 20.1 соответственно автономного ДГ 4.1 и БЭМ 14.1 на соответственно входы «1» его второго сумматора 72 и вход (не показано) первого сумматора 71 сигналов нагрузок. Сумматорами 71 и 72 сигналов нагрузок блока 70 параллельной работы выполняют программные действия, описанные выше в разделе 1 настоящей заявки. После вычитания в первом дифференциальном субблоке 73 из сигнала Σ2 общей нагрузки электрической сети сигнал Σ1 суммарной мощности, развиваемой всеми бустерными машинами, сигнал Р=Σ2-Σ1 их разности направляют на вход «1» второго дифференциального субблока 74, на вход «2» которого приходит сигнал Рвг мощности, развиваемый стабилизированным ВГ 29 на уровне 90% его номинальной мощности. Вычитают данным дифференциальным субблоком 74 из первого сигнала - «Р» второй - «Рвг» и получают на выходе сигнал «Pдг» нагрузки, приходящейся на автономный ДГ 4.1, который пропускают без изменения через субблок 75 средней нагрузки отдельных дизель-генераторов на вход «1» интегратора 80. Суммируют его в интеграторе 80 с выходным сигналом Δƒ частотного канала 78-79 блока 70 параллельной работы, приходящим на его вход «2», формируя на выходе интегратора 80 задающий сигнал Рзад нагрузки автономного ДГ 4.1, направляемый, как изложено, на вход «2» компаратора 23.1 сигналов нагрузок электрической приставки 21.1 введенного в работу данного ДГ 4.1. Регулирование частоты напряжения электрической сети и дальнейший прирост ее нагрузки производят, нагружая им автономный ДГ 4.1 посредством его электрической приставки 21.1 и механического регулятора 27.1 подачи топлива, сохраняя при этом загрузку стабилизированного ВГ 29 на максимально допустимом уровне, равном 90% его номинальной мощности. При этом поддерживают указанными средствами работу введенного автономного ДГ 4.1 по астатической регуляторной частотной характеристике.The second, closing contact 66.2 of the
На первом этапе, пока нагрузка автономного ДГ 4.1 не возрастет до 30% номинальной, БЭМ 14.1 продолжают использовать в двигательном режиме посредством ее обратимого СПП 16.1-17.1 В этот период сигнал отрицательной полярности на выходе реверсивного ДМ 20.1 этой машины блокируют на входе первого сумматора 71 сигналов блокирующим диодом (не показано).At the first stage, while the load of the autonomous DG 4.1 does not increase to 30% of the nominal, BEM 14.1 continues to be used in motor mode by means of its reversible SPP 16.1-17.1.During this period, the signal of negative polarity at the output of the reversible DM 20.1 of this machine is blocked at the input of the
Рабочий диапазон частот вращения гребного вала 2, разрешенный для стабилизированного ВГ 29, контролируют компаратором 62 сигналов частоты вращения электрической приставки 28 ВГ 29, на вход «1» которого приходит сигнал nдей текущей (действительной) частоты вращения приводного вала 36 планетарного редуктора 39 механического вариатора ВГ 29 от датчика 69 частоты вращения. Этот сигнал сравнивают с программно установленным сигналом nmin минимально допустимой рабочей частоты вращения приводного вала 36 на входе «2» данного компаратора 62. Кода эти сигналы становятся равными, на выходе компаратора 62 формируют сигнал, который направляют на вход «2» логического элемента 65 типа «ИЛИ», а с его выхода и через развязывающий диод (не показано) - на промежуточное предупредительное реле 66 перегрузки, и тем включают его, одновременно подготавливая к включению и аварийно-предупредительное реле перегрузки 67.The operating frequency range of the
Вторым признаком выхода стабилизированного ВГ 29 из рабочего диапазона частот вращения гребного вала 2 и приводного вала 36 планетарной зубчатой передачи 39 является, как замечено выше, перегрузка БЭМ 40 дифференциального механизма механического вариатора. Сигнал перегрузки БЭМ 40, приходящий с ее датчика 48 мощности, формируют посредством компаратора 63 сигнала ее максимальной нагрузки, посредством которого сравнивают сигнал Рдей действительной нагрузки БЭМ 40 на входе «1» с программно установленным на входе «2» сигналом Р2мак максимально допустимой нагрузки данной машины, равным 100% его номинальной мощности. Сигнал перегрузки с выхода компаратора 63 направляют на вход «1» того же логического элемента 65 типа «ИЛИ», а с его выхода - на то же промежуточное предупредительное реле 66 перегрузки. Замыкающим контактом предупредительного реле 66.2, как отмечено выше, посылают на вход «1» подсистемы 85 ДАУ сигнал ввода в действие резервного автономного ДГ 4.1 и его ТКС наддувочного воздуха 13.1-14.1-15.1.The second sign of the exit of the stabilized
Но выход стабилизированного ВГ 29 из разрешенного диапазона частот вращения требует вывода его из работы и полной замены на автономный резервный источник электроэнергии. Поэтому после подключения автономного ДГ 4.1 к сборным шинам 5 ГРЩ посредством автоматического выключателя 6.1 и включения через его блок-контакт (не показан) и логический элемент 76 типа «ИЛИ» промежуточного исполнительного реле 77 в блоке 70 параллельной работы, как описано выше, замыкающим контактом 77.6 данного реле включают промежуточное аварийно-предупредительное реле 67 перегрузки в электрической приставке 28 ВГ 29. Переключающим контактом 67.1, установленном в цепи задающего входа «2» компаратора 32 сигналов нагрузок ВГ 29, на данный вход посылают сигнал ноль, согласно которому на выходе компаратора 32 формируют сигнал снятия нагрузки с ВГ 29 и перевода ее на веденный в работу автономный ДГ 4.1, для чего переключающим контактом 77.2 того же исполнительного реле 77 выход интегратора 80 блока 70 параллельной работы переключают на электрическую приставку 21.1 автономного ДГ 4.1. А сигналом уменьшения нагрузки ВГ 29, снимаемым с выхода компаратора 32 сигналов его электрической приставки 28, через усилитель 33 и блок-контакт (не показан) секционного выключателя 25 воздействуют посредством подсистем 45 и 46 управления на статический полупроводниковый преобразователь 42 БЭМ 40 дифференциального механизма механического вариатора ВГ 29. Этим сигналом непрерывно уменьшают развиваемый бустерной электрической машиной 40, работающей в двигательном режиме, электромагнитный вращающий момент, что приводит к снижению суммарного вращающего момента на валу стабилизированного ВГ 29 и сбросу им развиваемой мощности.But the output of the stabilized
Сигнал снижения мощности стабилизированного ВГ 29, измеряемый ДАТ 31 электрической приставки 28 ВГ 29 и посылаемый на вход «1» компаратора 60 сигнала нулевой нагрузки сравнивают с установленным программно на его входе «2» нулевым значением мощности РУСТ=0 и, когда эти сигналы совпадают, на выходе данного компаратора формируют сигнал прекращения работы ВГ 29. Этот сигнал направляют через усилитель 68 на вход подсистемы 83 ДАУ стабилизированным ВГ 29. При этом: на выходе «2» данной подсистемы ДАУ формируют сигнал выключения автоматических выключателей 30 и 41 соответственно валогенератора 29 и БЭМ 40 его дифференциального механизма, который с выхода «2» направляют по стрелке «А»; с выхода «3» снимают сигнал выключения разобщительной муфты 38 планетарной зубчатой передачи 39; а на выходе «1» формируют сигнал развозбуждения ВГ 29, который направляют на автоматический регулятор 47, снимающий питание с обмотки возбуждения 54 посредством известного устройства гашения магнитного поля (не показано).The signal to reduce the power of the stabilized
На этом вывод ВГ 29 из параллельной работы завершают, продолжая электроснабжение судна от автономного ДГ 4.1, работающего в параллель с БЭМ 8 и 14.1 турбокомпаундных систем наддува соответственно главного двигателя 1 и автономного ДГ 4.1.This completes the withdrawal of
4. Параллельная работа стабилизированного по частоте напряжения валогенератора, вращаемого ВФШ, и утилизационного газотурбогенератора турбокомпаундной системы наддува главного двигателя4. Parallel operation of the frequency-stabilized voltage of the shaft generator, rotated by the fixed pitch propeller, and the utilization gas turbine generator of the turbo-compound pressurization system of the main engine
В случае использования в других частных случаях - 3-м, 4-м и 5-м - на судах, оборудованных винтом 3 фиксированного шага, синхронного ВГ 29, встроенного в линию гребного вала 2 (фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6) и вращаемого с переменной угловой скоростью, в его якорной обмотке генерируют электроэнергию переменной частоты. В подобных случаях стабильную частоту напряжения в электрической сети судна получают за счет использования в цепи якорной обмотки ВГ 29 статического преобразователя 49-50 частоты напряжения (СПЧН) со звеном постоянного тока, подключаемого к сборным шинам 5 ГРЩ посредством автоматического выключателя 30. Синхронный ВГ 29 может иметь электромагнитное возбуждение от обмотки 54 (фиг. 4, фиг. 6), располагаемой на магнитных полюсах ротора, или возбуждаться постоянными магнитами 53 (фиг. 5) на том же роторе.In the case of use in other special cases - 3rd, 4th and 5th - on ships equipped with a fixed-
В третьем частном случае (фиг. 4) стабилизированный по частоте напряжения ВГ 29 с электромагнитным возбуждением оборудован СПЧН 49-50, состоящий из неуправляемого (диодного) выпрямителя 49 и сетевого инвертора 50, собранного на силовых транзисторах типа IGBT. В пятом частном случае (фиг. 6) тот же синхронный ВГ 29, но уже мегаваттной мощности, с электромагнитным возбуждением оборудован СПЧН 49-50, который состоит из электромашинного неуправляемого содержит СПЧН 49-50, который состоит из неуправляемого (диодного) электромашинного выпрямителя 49 и сетевого инвертора 50, собранного на тиристорах. В четвертом частном случае (фиг. 5) в комплекте со стабилизированным по частоте напряжения ВГ 29 с постоянными магнитами 53 используют СПЧН 49-50, состоящий из управляемого электромашинного выпрямителя 49 и сетевого инвертора 50, собранных оба на силовых транзисторах типа IGBT. Во всех данных частных случаях в зависимости от способа формирования синусоидального напряжения на выходе СПЧН 49-50, его сетевой преобразователь 50 используют либо в режиме автономного инвертора, либо инвертора, ведомого сетью.In the third particular case (Fig. 4), the frequency-stabilized
В каждом конкретном частном случае управление параллельной работой стабилизированного по частоте напряжения ВГ 29 с другими разнотипными источниками энергии имеет свои отличительные особенности. Общей для всех стабилизированных по частоте напряжения ВГ отличительной особенностью является его более широкий, чем у валогенератора, стабилизированного по частоте вращения, рабочий диапазон частот вращения гребного вала 2, в котором разрешена работа валогенератора. Он составляет от 0.4 до 1,1 n2н. Зависимость выходной мощности Р валогенератора с СПЧН от частоты вращения гребного вала показана на фиг. 7 и фиг. 8. В зоне «А» рабочего диапазона частот вращения, составляющей (0,7-1,1)n2н, стабилизированный по частоте напряжения ВГ 29 можно загружать номинальной мощностью. В пределах этой зоны его используют в автономном режиме совместно с БЭМ 8 турбокомпаундной системы наддува главного двигателя 1, без поддержки автономного дизель-генератора, контролируя при этом максимально допустимую нагрузку Рмак, выше которой требуется ввод в работу резервного автономного ДГ. В зоне «В» рабочего диапазона частот вращения - от 0.4 до 0,7n2н - располагаемая мощность стабилизированного ВГ 29. вращаемого при номинальном токе возбуждения, прямо пропорциональна текущей частоте его вращения, поэтому в этой зоне его используют, при необходимости, в параллель с автономным дизель-генератором и БЭМ турбокомпаундных систем наддува всех дизелей, загружая при этом ВГ и бустерные агрегаты в каждый текущий момент времени потенциально располагаемыми мощностями, за вычетом которых оставшуюся часть нагрузки электросети переводят на автономный ДГ.In each specific particular case, the control of the parallel operation of the frequency-stabilized
4.1 Использование стабилизированного синхронного валогенератора с электромагнитным возбуждением и диодно-транзисторным СПЧН4.1 Using a stabilized synchronous shaft generator with electromagnetic excitation and diode-transistor SPChN
В данном, третьем частном случае (фиг. 4) обмотка 54 возбуждения стабилизированного ВГ 29 получает питание со сборных шин 5 ГРЩ через автоматический выключатель 57 и независимый управляемый полупроводниковый выпрямитель-возбудитель 55, выполненный, в частности, на силовых транзисторах типа IGBT и снабженный подсистемой 56 управления. Посредством данной обмотки при вращении ротора ВГ 29 главным двигателем 1 в его воздушном зазоре создают вращающееся магнитное поле, которое, пересекая витки статорной якорной обмотки (не показано), наводит в ней переменную электродвижущую силу (ЭДС), частота которой зависит от частоты вращения гребного вала 2, т.е. от скорости хода судна. Данную наведенную ЭДС и ток переменной частоты посредством диодного выпрямителя 49 выпрямляют, а затем посредством транзисторного инвертора 50 преобразуют повторно известным методом высокочастотной широтно-импульсной модуляции в переменное синусоидальное напряжение и ток стабильной частоты, в частности, 50 Гц. Далее пропускают переменный ток через фильтр-реактор 58, фильтруя его от токов высших гармоник, образуемых в процессе инвертирования в сетевом инверторе 50 постоянного тока в переменный полупроводниковыми вентилями (нет показано), и направляют через автоматический выключатель 30 в электрическую сеть.In this third particular case (Fig. 4), the excitation winding 54 of the stabilized
В блоке 70 параллельной работы в данном частном случае нагрузочный и частотный каналы разделяют на два независимых выхода - соответственно выходы интегратора 80 и компаратора 79 - и соединяют через переключающие контакты соответственно 77.2 и 77.4 промежуточного исполнительного реле 77 блока 70 параллельной работы к входам: нагрузочный канал (интегратор 80) - к задающему входу «2» компаратора 32 сигналов нагрузки электрической приставки 28 ВГ 29 через переключающий контакт 66.1 промежуточного предупредительного реле 66 данной электрической приставки; частотный канал (компаратор 79) - к входу подсистемы 52 управления сетевым транзисторным инвертором 50 СПЧН 49-50 валогенератора 29 через переключающий контакт 77.5 того же исполнительного реле 77 блока 70 параллельной работы.In the
При движении судна полным ходом, когда главный двигатель 1 работает в экономическом режиме, его турбокомпаундной системой 7-8-9 утилизируют часть энергии теплоты отработавших газов в механическую работу турбокомпрессора 9 наддува, а избыток этой энергии преобразуют посредством ее БЭМ 8, работающей в генераторном режиме, в электрическую энергию нестабильной частоты и напряжения, которую после согласования этих параметров посредством СПП 10-11 направляют в электрическую сеть через автоматический выключатель 12. Часть механической работы, выполняемой самим главным двигателем 1, преобразуют посредством стабилизированного ВГ 29 в электрическую энергию для собственных судовых нужд путем его параллельной работы на общие сборные шины 5 ГРЩ с бустерной электрической машиной 8 турбокомпаундной системы наддува 7-8-9 главного двигателя 1. При этом общую нагрузку электрической сети распределяют между ними в периодически изменяющейся по случайному закону пропорции с целью достижения максимального экономического эффекта: БЭМ 8 загружают в каждый текущий момент времени располагаемой мощностью, которая соответствует в данный момент энергетическому потенциалу отработавших газов ГД 1 согласно его текущему нагрузочному режиму и составляет примерно 4-5% номинальной мощности ГД 1; оставшуюся часть нагрузки электросети переводят на стабилизированный ВГ 29. Управление процессом распределением нагрузки электрической сети при сохранении заданной номинальной частоты напряжения производят следующим образом.When the ship is moving at full speed, when the
Текущие нагрузки стабилизированного ВГ 29 и БЭМ 8 турбокомпаундной системы наддува ГД 1 измеряют посредством: у валогенератора 29 - ДАТ 31 его электрической приставки 28; у БЭМ 8 - реверсивного датчика 19 мощности. Измеренные сигналы направляют через замыкающий блок-контакт (не показано) и такой же блок-контакт (не показано) автоматического выключателя 30 - на вход «2» второго 72 сумматора сигналов и параллельно ему на входы «1» компараторов 32, 59 и 60 сигналов электрической приставки 28 ВГ 29. Обработку этих сигналов в блоке 70 параллельной работы выполняют в той же последовательности, что и в разделе 3 описания настоящей заявки.The current loads of the stabilized
Выходной сигнал частотного канала блока 70 параллельной работы с выхода компаратора 79 сигналов частоты напряжения направляют через переключающие контакты 77.4 и 77.5 промежуточного исполнительного реле 77 блока 70 параллельной работы на подсистему 52 управления сетевым транзисторным инвертором 50, работающим при автономном использовании стабилизированного ВГ 29 в известном режиме независимого (автономного) инвертора. Выходным сигналом частотного канала блока 70 параллельной работы поддерживают известным методом за счет подсистемы 52 управления частоту напряжения на выходе автономного инвертора 50 неизменной и равной при любой его нагрузке номинальному значению, в частности, 50 Гц.The output signal of the frequency channel of the
Выходной сигнал Рзад нагрузочного канала того же блока 70 параллельной работы с выхода интегратора 80 через переключающий контакт 77.2 направляют на задающий вход «2» компаратора 32 сигналов нагрузок электрической приставки 28 стабилизированного ВГ 29, в котором сравнивают этот сигнал с сигналом Рдей действительной нагрузки ВГ 29 на входе «1». При несовпадении этих сигналов сигнал разности с выхода компаратора 32 сигналов нагрузок посылают, после усилении в усилителе 33, через замыкающий блок-контакт (не показано) секционного выключателя 25 сборных шин 5 ГРЩ на вход «1» подсистемы 56 независимого полупроводникового выпрямителя-возбудителя 55 стабилизированного ВГ 29. При этом, изменяя угол управления силовых транзисторов данного выпрямителя-возбудителя регулируют напряжение и ток возбуждения стабилизированного ВГ 29, ЭДС, напряжение и ток его якорной обмотки, приводя развиваемую им мощность в соответствие с заданным его значением. При этом действительное напряжение Uдей стабилизированного ВГ 29 на выходе фильтра-реактора 58 и на входе «1» автоматического регулятора 47 напряжения сравнивают с программно заданным по входу «2» значением Uзад и при несовпадении этих сигналов сигналом разности, формируемым на выходе автоматического регулятора 47, воздействуют на напряжение и ток возбуждения стабилизированного ВГ 29 посредством того же независимого выпрямителя-возбудителя 55 через вход «3» его подсистемы 56 управления.The output signal P back of the load channel of the
Для данного, третьего частного случая зависимость выходной мощности стабилизированного ВГ 29, оборудованного с СПЧН 49-50, от частоты вращения гребного вала 2 показана на фиг. 7. Программное управление режимами стабилизированного ВГ 29 в зонах «А» и «В» его рабочего диапазона частот вращения производят следующим образом. В период его автономной работы в зоне «А» контролируют компаратором 59 сигнала максимальной нагрузки электрической приставки 28 установленное на его входе «2» программное значение Р1мак максимально допустимой нагрузки валогенератора. При загрузке ВГ 29 до этого предела по входу «1» данного компаратора 59, на его выходе формируют предупредительный сигнал, посылаемый через вход «1» элемента 64 типа «ИЛИ» на промежуточное предупредительное реле 66. Переключающим контактом 66.1 данного реле задающий вход «2» компаратора 32 сигналов нагрузок электрической приставки 28 валогенератора 29 через переключающий контакт 67.1 аварийно-предупредительного реле 67 соединяют с входом «2» компаратора 59 сигнала максимальной нагрузки, на котором программно установлен задающий сигнал Р1мак, равный 90% номинальной мощности ВГ 29. После этого стабилизированный ВГ 29 будет постоянно загружен на 90%.For this, the third particular case, the dependence of the output power of the stabilized
Такой же предупредительный сигнал приходит на вход «2» логического элемента 64 и в тот момент, когда частота вращения гребного вала 2 и ротора ВГ 29 принимает наименьшее из зоны «А» рабочего диапазона частот вращения значение nср (фиг. 7). Этот сигнал формируют компаратором 61 (фиг. 4) сигнала средней частоты вращения, на вход «1» которого подают сигнал от датчика 69 текущей частоты вращения гребного вала 2 и сравнивают его с программно установленным на входе «2» значением, равным nср=0,7nн. При совпадении этих сигналов с выхода компаратора 61 сигнала средней частоты вращения снимают предупредительный сигнал, также включающий промежуточное предупредительное реле 66 электрической приставки 28.The same warning signal comes to the input "2" of the
После срабатывания данного реле 66 его замыкающим контактом 66.2 посылают сигнал в подсистему 85 ДАУ автономным дизель-генератором 4.1 на его ввод в действие одновременно с БЭМ 14.1 его турбокомпаундной системы наддува для параллельной работы со стабилизированным ВГ 29 и БЭМ 8 турбокомпаундной системы ГД 1, который выполняют в последовательности, описанной выше в разделе 3 описания настоящей заявки. После подключения автономного ДГ 4.1 к БЭМ 14.1 посредством их автоматических выключателей соответственно 6.1 и 18.1 к сборным шинам 5 ГРЩ и подачи их блок-контактами (не показано) информационных сигналов в блок 70 параллельной работы включают промежуточное исполнительное реле 77 данного блока. Его контактами изменяют структуру нагрузочного канала данного блока 70 параллельной работы, как описано выше в разделе 3, для распределения нагрузки электрической сети между источниками электроэнергии нового состава параллельной работы. Дополнительно выход компаратора 79 сигналов частоты напряжения переключающим контактом 77.4 соединяют с входом «2» интегратора 80 сигналов, а синхронизирующий вход подсистемы 52 управления сетевым инвертором 50 СПЧН 49-50 переключающим контактом 77.5 переключают на синхронизирующий трансформатор напряжения 86.After this
Измененной структурой блока 70 параллельной работы задают автономному ДГ 4.1 режим ведущего генераторного агрегата, при котором посредством его автоматического регулятора напряжения (не показано) известным способом поддерживают в электрической сети номинальное значение напряжения, а посредством частотного канала 78-79 блока 70 параллельной работы - номинальное значение частоты этого напряжения, благодаря работе данного автономного ДГ 4.1 по астатическим регуляторным внешней и частотной характеристикам. А благодаря переключению синхронизирующего входа подсистемы 52 управления сетевым инвертором 50 на синхронизирующий трансформатор 86, данный преобразователь переводят в режим инвертора, ведомого сетью. При увеличении нагрузки электрической сети стабилизированный по частоте напряжения ВГ 29, при данных измененных структурах блока 70 параллельной работы и своей электрической приставки 28, оставляют загруженным на 90% номинальной мощности, а возрастающую нагрузку электрической сети переводят на подключенный автономный ДГ 4.1. Когда последний загружен мощностью менее 30% номинальной, его БЭМ 14.1 используют посредством ее СПП 16.1-17.1 в двигательном режиме для повышения производительности турбоэлектрокомпрессора 15.1 до оптимальных для полного сгорания топлива значений. В этот период работы БЭМ 14.1 сигнал его датчика 20.1 мощности, имеющий отрицательную полярность, блокируют на входе первого сумматора 71 сигналов нагрузки утилизационных газотурбогенераторов блока 70 параллельной работы посредством блокирующего диода (не показано). При нагрузках главного двигателя 1 и автономного ДГ 4.1 выше 30% номинальных значений, БЭМ соответственно 8 и 14.1 их турбокомпаундеых систем наддува переводят, как замечено выше, в режим утилизационных газотурбогенераторов, которые развивают мощности, соответствующие энергетическим потенциалам отработавших газов их двигателей при текущих нагрузочных режимах последних.The modified structure of the
Если в период работы главного двигателя 1 в зоне «В» рабочего диапазона частот вращения (фиг. 7) на входы «1» и «2» логического элемента 65 типа «ИЛИ» (фиг. 4) поступят дублирующие сигналы nmin с машинного телеграфа (не показано) либо от компаратора 62 сигнала минимальной частоты вращения гребного вала 2, сравнивающего действительную частоту nдей его вращения на входе «1», которую измеряют и посылают датчиком 69 частоты вращения гребного вала 2, с установленным программно на входе «2» ее минимальным значением nmin, то сигналом с выхода этого логического элемента 65 типа ИЛИ, наряду с промежуточным предупредительным реле 66 перегрузки включают еще и промежуточное аварийно-предупредительное реле 67 перегрузки в следующей последовательности. Сигналом предупредительного реле 66, как отмечено выше, запускают и подключают к сборным шинам 5 ГРЩ автономный резервный ДГ 4.1 и БЭМ 14.1 его турбокомпаундной системы наддува. Поэтому после подключения ДГ 4.1 к сборным шинам 5 ГРЩ, посредством автоматического выключателя 6.1, и включения через логический элемент «76» типа ИЛИ промежуточного исполнительного реле 77 в блоке 70 параллельной работы, замыкающим контактом 77.6 данного включенного реле включают и промежуточное аварийно-предупредительное реле 67 перегрузки.If during the operation of the
В свою очередь, переключающим контактом 67.1 аварийно-предупредительного реле 67 посылают нулевой сигнал о снятии с ВГ 29 всей нагрузки на задающий вход «2» компаратора 32 сигналов нагрузок электрической приставки 28 стабилизированного ВГ 29. Сигналом, формируемым на выходе данного компаратора и посылаемым через его усилитель 33 на вход «1» подсистемы 56 управления полупроводниковым выпрямителем-возбудителем 55, уменьшают напряжение и ток возбуждения ВГ 29, его якорные напряжение, ток и развиваемую им мощность, которую переводят посредством блока 70 параллельной работы, электрической приставки 21.1 автономного ДГ 4.1 и его механического регулятора 27.1 подачи топлива на автономный ДГ 4.1 и его БЭМ 14.1 по мере перехода последней в режим утилизационного газотурбогенератора. Когда нагрузку на ВГ 29 снизят до нуля, компаратором 60 сигнала нулевой нагрузки электрической приставки 28 валогенератора 29 формируют сигнал вывода ВГ 29 из работы. Данный сигнал по выходу и после усиления усилителем 68 направляют через подсистему 83 ДАУ валогенератором 29 на вход «3» подсистемы 56 управления полупроводниковым выпрямителем-возбудителем 55, чем блокируют работу последнего, и соответственно на автоматические выключатели 30 и 57 соответственно ВГ 29 и его выпрямителя-возбудителя 55. На этом вывод ВГ 29 из работы завершают.In turn, the switching contact 67.1 of the
4.2 Использование стабилизированного синхронного валогенератора с постоянными магнитами и транзисторным СПЧН4.2 Using a stabilized synchronous shaft generator with permanent magnets and transistor SPChN
В данном, четвертом частном случае (фиг. 5) обмотка возбуждения на ВГ 29 и питающий ее полупроводниковый выпрямитель-возбудитель отсутствуют, а его возбуждают постоянными магнитами 53, установленными на роторе. Кроме того электромашинный выпрямитель 49 СПЧН 49-50 выполнен управляемым на силовых транзисторах типа IGBT, и он снабжен подсистемой 51 управления, управляющий вход «1» которой соединен с выходом усилителя 33 электрической приставки 28 ВГ 29 через блок-контакт (не показано) секционного выключателя 25, а другой управляющий вход «2» - с выходом автоматического регулятора 47 напряжения. Структурные схемы электрической приставки 28 валогенератора 29 и блока 70 параллельной работы исполнены так же, как в третьем частном случае.In this fourth special case (Fig. 5), the excitation winding on the
При движении судна полным ходом с работой главного двигателя 1 в экономическом режиме, когда гребной вал 2 и ротор валогенератора 29 вращаются с номинальной частотой вращения n2н, соответствующей зоне «А» его рабочего диапазона частот вращения (фиг. 8), электроснабжение судна производят от стабилизированного ВГ 29 (фиг. 5) через его СПЧН 49-50 и автоматический выключатель 30. В параллель к нему к сборным шинам 5 ГРЩ подключают через СПП 10-11 посредством автоматического выключателя 12 БЭМ 8 турбокомпаундной системы наддува главного двигателя 1, работающей в режиме УГТГ. В период автономной работы ВГ 29 сетевой транзисторный преобразователь 50 его СПЧН 49-50 используют в режиме автономного инвертора. Напряжение синусоидальной формы на его выходе формируют за счет использования его полупроводниковых вентилей (не показано) в известном режиме высокочастотной широтно-импульсной модуляции с последующей фильтрацией токов высших гармоник посредством фильтра-реактора 58. Частоту данного синусоидального напряжения на выходе автономного инвертора 50 поддерживают неизменной, благодаря тому, что на задающий частотный вход его подсистемы 52 управления посылают задающий сигнал частоты напряжения, равной номинальному значению, например, 50 Гц, с выхода компаратора 79 сигналов частоты напряжения через переключающие контакты 77.4 и 77.5 промежуточного исполнительного реле 77 блока 70 параллельной работы, которое в режиме автономной работы ВГ 29 обесточено.When the vessel is under way to the work of the
При изменении текущей нагрузки электрической сети сигналы ее приращения или понижения с выходов ДАТ 31 электрической приставки 28 стабилизированного ВГ 29 и реверсивного датчика 19 мощности БЭМ 8 турбокомпаундной системы наддува главного двигателя 1 посылают через блок-контакты (не показано) автоматических выключателей соответственно 30 и 12 на входы второго 72 и первого 71 сумматоров сигналов нагрузок блока 70 параллельной работы. Там их обрабатывают по программе, описанной в разделе 3 описания настоящей заявки, и с выхода интегратора 80 сигналов нагрузочного канала через переключающий контакт 77.2 промежуточного исполнительного реле 77 того же блока 70 параллельной работы направляют на задающий вход «2» компаратора 32 сигналов нагрузок электрической приставки 28 стабилизированного ВГ 29. Здесь его сравнивают с сигналом Рдей действительной нагрузки того же ВГ 29, приходящим на входе «1». В случае их несовпадения сигнал разности по его выходу направляют через усилитель 33 и блок-контакт секционного выключателя 25 на управляющий вход «1» подсистемы 51 управления электромашинным управляемым полупроводниковым выпрямителем 49 СПЧН 49-50. По данному сигналу регулируют угол управления силовыми транзисторами (не показано) данного выпрямителя, его выпрямленные напряжение и ток, а также и мощность, развиваемую валогенератором 29, пока она не станет равной заданной мощности.When the current load of the electrical network changes, the signals of its increase or decrease from the outputs of the
Одновременно измеряют и сравнивают посредством автоматического регулятора 47 напряжения действительное напряжение на выходе фильтра-реактора 58, подаваемое на вход «1» данного регулятора, с заданным программно напряжением на его входе «2». В случае их расхождения, воздействуют выходным сигналом автоматического регулятора 47 напряжения на управляющий вход «2» той же подсистемы 51 управления управляемым электромашинным выпрямителем 49. Этим сигналом отклонения напряжения тем же способом, что и сигнал нагрузки, регулируют амплитуду выпрямленного напряжения выпрямителя 49, служащего опорным для автономного инвертора 50, из которого формируют методом известной широтно-импульсной модуляции синусоидальное напряжение заданной номинальной частоты.At the same time, the actual voltage at the output of the filter-
Контроль максимальной нагрузки ВГ 29 и граничного среднего значения nср частоты вращения из его рабочего диапазона (фиг. 8), при установлении которых вводят на параллельную работу с ВГ 29 (фиг. 5) резервный автономный дизель-генератор 4.1 и его БЭМ 14.1, производят аналогично тому, как это описано выше в разделе 4.1 описания настоящей заявки. При этом после того, как резервный автономный ДГ 4.1 будет введен в действие, по сигналу замыкания блок-контакта (не показано) его автоматического выключателя 6.1 в блоке 70 параллельной работы получит питание промежуточное исполнительное реле 77, его переключающим контактом 77.5 переключают синхронизирующий вход подсистемы 52 управления сетевым преобразователем 50 на клеммы синхронизирующего трансформатора 86, переводя тем самым данный преобразователь 50 с автономного режима на режим инвертора, ведомого сетью, частоту напряжения которой с этого момента поддерживают резервным автономным ДГ 4.1, работающим в режиме ведущего генераторного агрегата по астатической частотной характеристике. Ее поддерживают посредством частотного канала блока 70 параллельной работы, у которого выход компаратора 79 сигналов частоты напряжения переключающим контактом 77.4 переключают на вход «2» интегратора 80 сигналов блока параллельной работы, выход которого, в свою очередь, пересоединяют переключающим контактом 77.2 на задающий вход «2» компаратора 23.1 электрической приставки 21.1 резервного автономного ДГ 4.1.The control of the maximum load of the
Также и при снижении частоты вращения гребного вала 2 и ротора ВГ 29 до наименьшего предельного значения nmin из зоны «В» рабочего диапазона (фиг. 8), при котором ВГ 29 (фиг. 5) выводят из работы, аварийно-предупредительный сигнал формируют в той последовательности, которая описана в разделе 4.1 описания настоящей заявки. При этом сигнал перевода нагрузки с выводимого из работы ВГ 29, формируемый на выходе 33 усилителя его электрической приставки 28, направляют через блок-контакт секционного выключателя 25 сборных шин 5 ГРЩ на управляющий вход «1» подсистемы 51 управления электромашинным транзисторным выпрямителем 49. При снижении нагрузки ВГ 29 до нуля с выхода компаратора 60 сигнала нулевой нагрузки ВГ через усилителя 68 посылают команду выключения ВГ 29 на его подсистему 83 ДАУ, с выходов «3», «2» и «1» которой уходят сигналы соответственно на выключение автоматического выключателя 30, вспомогательного разъединителя 84 и на вход «3» подсистемы 51 управления электромашинным транзисторным выпрямителем 49 СПЧН 49-50. Последним сигналом на входе «3» подсистемы 51 управления блокируют формирование ею импульсов управления транзисторами, а выключателем 30 и разъединителем 89 снимают питание с СПЧН 49-50 как со стороны сборных шин 5 ГРЩ, так и валогенератора 29, поскольку на клеммах выведенного из работы, но продолжающего вращаться ВГ 29, сохраняют напряжение, наводимое постоянными магнитами 53.Also, when the rotational speed of the
На этом вывод ВГ 29 из работы завершают.This completes the conclusion of
4.3 Использование стабилизированного синхронного валогенератора с электромагнитным возбуждением и тиристорным СПЧН4.3 Using a stabilized synchronous shaft generator with electromagnetic excitation and thyristor SPChN
На судах, оборудованных ВФШ и стабилизированными валогенераторами мегаваттного мощностного ряда (фиг. 6), синхронные ВГ 29 устанавливают, как правило, с электромагнитным возбуждением от роторной обмотки 54, питаемой независимым управляемым полупроводниковым выпрямителем-возбудителем 55, снабженным подсистемой 56 управления, через автоматический выключатель 57. А сетевой полупроводниковый преобразователь 50 СПЧН 49-50, включаемого в цепь якорной обмотки валогенератора, выполняют на тиристорах, ввиду того, что силовые транзисторы имеют ограничения по максимальным номинальным значениям напряжения и тока. Электромашинный выпрямитель 49 СПЧН 49-50 в зависимости от предъявляемых к нему требований, в частных случаях, может быть собран на диодах, т.е. неуправляемым, если не требуется работы ВГ в двигательном режиме, или тоже на тиристорах, т.е. управляемым, если он должен быть обратимым. Ниже рассматриваем частный случай стабилизированного ВГ 29 с диодным электромашинным выпрямителем 49 в составе СПЧН 49-50, который применяют в случаях работы ВГ 29 только в режиме отбора мощности, когда его сетевой преобразователь 50, будучи включенным в сеть автоматическими выключателями 30 и 57, работает инвертором, ведомым сетью посредством синхронизирующего трансформатора 86.On ships equipped with fixed pitch propellers and stabilized shaft generators of a megawatt power series (Fig. 6),
Посредством тиристорного инвертора 50, ведомого сетью в режиме естественной коммутации его тиристоров, можно преобразовать, как известно, из постоянного тока в переменный только активную энергию стабилизированного ВГ 29, потребляя в данном режиме инвертором из электрической сети реактивную энергию. При этом из-за невысокой частоты переключений тиристоров, тиристорным автономным инвертором 50, как известно, в автономном режиме работы валогенератора формируют выходное напряжение не синусоидальной, а прямоугольной формы с недопустимо высоким содержанием высших гармоник. По этой причине автономный режим сетевого инвертора 50 у валогенераторов с тиристорным СПЧН не применяют. В данном частном случае формирователем синусоидального напряжения в электрической сети, а также источником реактивной энергии для приемников электрической сети и сетевого полупроводникового инвертора 50 СПЧН 49-50 как раз и служит синхронный компенсатор (СК) 87, который подключают параллельно выходным клеммам данного инвертора и задают инвертору 50, как подчеркнуто, режим инвертора, ведомого сетью. СК 87 при этом оборудуют обмоткой 88 возбуждения на роторе (не показано) и снабжают автоматическим регулятором 89 напряжения, питающим обмотку 88 возбуждения.By means of the
Потребляя в период работы у ВГ 29 активную энергию холостого хода, синхронный компенсатор 87 вращает с синхронной угловой скоростью свой ротор (не показано) и магнитное поле, создаваемое его обмоткой 88 возбуждения. При этом вращающимся магнитным полем в якорной обмотке СК 87, уложенной на его статоре, наводят ЭДС номинальной частоты, в частности, 50 Гц. За счет этой ЭДС в сети на сборных шинах 5 ГРЩ создают напряжение, которое поддерживают номинальным посредством автоматического регулятора 89 напряжения синхронного компенсатора 87. Одновременно той же самой ЭДС синхронного компенсатора 87 осуществляют естественную коммутацию полупроводниковых вентилей тиристорного инвертора 50, ведомого сетью, с указанной номинальной частотой, преобразуя активную энергию постоянного тока электромашинного выпрямителя 49 в переменный ток электрической сети. Использование синхронного компенсатора 87 является первой отличительная особенность валогенераторной установки в данном частном случае. Второй его особенностью, как замечено выше, является то, что сетевой преобразователь 50 СПЧН работает как инвертор, ведомый сетью, во всех режимах ВГ 29: как в автономном, так и в параллель с резервным дизель-генератором.Consuming during the period of operation of the
При движении судна переменными ходами с частотами вращения гребного вала 2 и ротора стабилизированного ВГ 29, приходящимися на зону «А» рабочего диапазона частот вращения (фиг. 7), электроснабжение судна производят от стабилизированного ВГ 29 (фиг. 6), работающего в автономном режиме в параллель с СК 87 и БЭМ 8 турбокомпаундной системы наддува главного двигателя 1, которая работает в данный период утилизационным газотурбогенератором. Сигналы текущих нагрузок работающих генераторных агрегатов с выходов ДАТ 31 стабилизированного ВГ 29 и реверсивного датчика 19 мощности БЭМ 8 турбокомпаундной системы наддува главного двигателя 1, приходящие на входы второго 72 и первого 71 сумматоров сигналов нагрузок блока 70 параллельной работы, как и сигнал текущей частоты напряжения электрической сети, измеряемый датчиком 78 действительной частоты, обрабатывают в той же последовательности, что и в разделе 4.1 описания настоящей заявки. В данном, пятом частном случае обработанные сигналы нагрузочного (не показано) и частотного (не показано) каналов блока 70 параллельной работы суммируются на выходе интегратором 80 и посылаются, через переключающие контакты 77.2 и 66.1 промежуточных реле соответственно исполнительного 77 блока 70 параллельной работы и предупредительного 66 электрической приставки 28 ВГ 29, на компаратор 32 сигналов нагрузок той же электрической приставки, с выхода которого сигнал разности направляют через усилитель 33 и блок-контакт (не показано) секционного выключателя 25 на управляющий вход «1» подсистемы 56 независимого полупроводникового выпрямителя-возбудителя 55 данного ВГ 29. Этим сигналом регулируют напряжение и ток возбуждения на выходе данного выпрямителя-возбудителя и в обмотке 54 возбуждения ВГ 29. Этим вызывают изменение выходного напряжения якорной обмотки ВГ 29, ее тока нагрузки и развиваемой валогенератором активной мощности, приводя ее в соответствие с заданной мощностью на входе «2» компаратора 32 сигналов нагрузок его электрической приставки 28.When the vessel is moving with variable moves with the rotation frequencies of the
Тем временем, воздействуя автоматическим регулятором 89 синхронного компенсатора 87 на его обмотку 88 возбуждения, стабилизируют напряжение на сборных шинах 5 ГРЩ.Meanwhile, acting on the
Ввод резервного автономного ДГ (не показано) и БЭМ (не показано) его ТКС наддува на параллельную работу с уже работающими стабилизированным ВГ 29 и БЭМ 8 турбокомпаундной системы 7-8-9 наддува главного двигателя 1 по предупредительным сигналам компараторов 59 сигнала максимальной нагрузки ВГ 29 и 61 сигнала его средней частоты вращения nср (фиг. 7) электрической приставки 28 (фиг. 6) производят в той же последовательности, что и в третьем частном случае (раздел 4.1 описания настоящей заявки). А вывод стабилизированного ВГ 29 из параллельной работы по аварийно-предупредительному сигналу компаратора 62 сигнала минимально допустимой частоты вращения nmin стабилизированного ВГ 29 той же электрической приставки 28 осуществляют в последовательности, описанной в том же, третьем частном случае (раздел 4.1).Input of a stand-alone autonomous DG (not shown) and BEM (not shown) of its TKS pressurization for parallel operation with already operating stabilized
Так в пятом частном случае программируют состав генерирующих источников электроэнергии на ходу судна, регулируют напряжение и его частоту в электрической сети, а также распределяют ее активную нагрузку между этими источниками в режиме их параллельной работы.So, in the fifth special case, the composition of the generating sources of electricity is programmed while the ship is under way, the voltage and its frequency in the electrical network are regulated, and its active load is distributed between these sources in the mode of their parallel operation.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019108965A RU2753704C2 (en) | 2019-03-27 | 2019-03-27 | Method for automatic regulation of voltage frequency, programming and distribution of active load between different types of power sources of vessel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019108965A RU2753704C2 (en) | 2019-03-27 | 2019-03-27 | Method for automatic regulation of voltage frequency, programming and distribution of active load between different types of power sources of vessel |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2019108965A RU2019108965A (en) | 2020-09-28 |
RU2019108965A3 RU2019108965A3 (en) | 2021-07-05 |
RU2753704C2 true RU2753704C2 (en) | 2021-08-20 |
Family
ID=72946921
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019108965A RU2753704C2 (en) | 2019-03-27 | 2019-03-27 | Method for automatic regulation of voltage frequency, programming and distribution of active load between different types of power sources of vessel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2753704C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2787974C1 (en) * | 2022-04-11 | 2023-01-13 | Акционерное общество "ПРОТОН-ЭЛЕКТРОТЕКС" | Installation for determination of the class of power semiconductor devices |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112926868B (en) * | 2021-03-11 | 2024-04-09 | 郑州畅威物联网科技有限公司 | Voltage regulating equipment load state evaluation method, equipment and readable storage medium |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1334266A1 (en) * | 1986-04-14 | 1987-08-30 | Ленинградский Институт Водного Транспорта | Device for distributing active load among parallel-operating synchronous generator |
RU94285U1 (en) * | 2010-01-26 | 2010-05-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" | AUTONOMOUS DIESEL GENERATOR ROTATION REGULATOR |
RU2011137398A (en) * | 2011-09-09 | 2013-03-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского" | METHOD FOR AUTOMATED CONTROL OF SYNCHRONOUS DIESEL GENERATOR |
-
2019
- 2019-03-27 RU RU2019108965A patent/RU2753704C2/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1334266A1 (en) * | 1986-04-14 | 1987-08-30 | Ленинградский Институт Водного Транспорта | Device for distributing active load among parallel-operating synchronous generator |
RU94285U1 (en) * | 2010-01-26 | 2010-05-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" | AUTONOMOUS DIESEL GENERATOR ROTATION REGULATOR |
RU2011137398A (en) * | 2011-09-09 | 2013-03-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского" | METHOD FOR AUTOMATED CONTROL OF SYNCHRONOUS DIESEL GENERATOR |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2787974C1 (en) * | 2022-04-11 | 2023-01-13 | Акционерное общество "ПРОТОН-ЭЛЕКТРОТЕКС" | Installation for determination of the class of power semiconductor devices |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2019108965A (en) | 2020-09-28 |
RU2019108965A3 (en) | 2021-07-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6188591B1 (en) | System for supplying electromotive consumers with electric energy | |
US9650120B2 (en) | Electric drive shaft and vehicle comprising such an electric drive shaft | |
EP2734439B1 (en) | Power system for vessels | |
CN103532165A (en) | Power distribution system | |
CN103283106B (en) | For the method operating double circuit power supply system | |
US9941772B2 (en) | Marine propulsion systems | |
US10450044B2 (en) | Electrical power distribution system, method for powering a corresponding task, propulsion system and method for a ship | |
US10734930B2 (en) | Electric power generating system | |
CN101767645A (en) | Novel electric propulsion system | |
CN105826948A (en) | Electric propulsion ship alternating-current power supply system | |
Kumar et al. | Improved fuel-use efficiency in diesel–electric tugboats with an asynchronous power generating unit | |
RU2753704C2 (en) | Method for automatic regulation of voltage frequency, programming and distribution of active load between different types of power sources of vessel | |
Xiao et al. | Dynamic and steady-state power-sharing control of high-efficiency DC shipboard microgrid supplied by diesel generators | |
Grigoryev et al. | Unified ship power grids with alternators and DC power distribution | |
Hill et al. | Control strategy for an icebreaker propulsion system | |
CN107565727A (en) | Variable-ratio oil-electric engine group variable speed constant frequency alternating current-direct current salient-pole synchronous generator group | |
CN205753444U (en) | Electrical Propulsion Ship ac power supply system | |
CN201694383U (en) | Electric power propulsion system | |
Baiko et al. | Autonomous power systems with synchronous generators and hydrogen energy sources | |
RU2714022C2 (en) | Method of adaptive automatic control of pressure of supercharging air of diesel generator | |
CN216508978U (en) | Unmanned ship direct current network deployment electric propulsion system | |
KR20150030307A (en) | Power management system and management method for containership | |
Ivanova et al. | Simulation Study of Power Consumption Modes of Hybrid SAVe Cube Ship Electrical Power Systems | |
RU45056U1 (en) | AUTONOMOUS POWER PLANT | |
RU95919U1 (en) | ELECTRIC POWER PLANT |