CC BY
300
УДК 62-83(1-81 ):629.5
ИСТОРИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ СУДОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ А.Ф. Бурков, Дальрыбвтуз, Владивосток
В статье приведены сведения о некоторых этапах развития судовых электроприводов, об основных системах судовых электроприводов и перспективных направлениях их развития.
Развитие мирового судостроения и эксплуатации судов тесно связано с развитием судовой электроэнергетики. Электрическая энергия оказалась настолько удобным и универсальным видом энергии, что большая часть судового оборудования функционирует благодаря электроэнергии. Она относительно просто и с малыми потерями передается на расстояния и преобразовывается в другие виды энергии: механическую, световую, тепловую и пр. Электрическая энергия обладает свойствами внутреннего преобразования и делимости. Начало использования электрической энергии на судах относится ко второй половине XIX в. В 1880 г. электрическая энергия использовалась для освещения палуб и внутренних помещений. Опыт постройки и эксплуатации флота убедительно показывает актуальность использования электрической энергии на судах.
Несмотря на появление новых современных судовых механизмов, устройств и техническое перевооружение судов, электрическая энергия остается наиболее широко используемым видом энергии на судах. В судовой технике ведущее значение имеет автоматизация. Широко используется частичная автоматизация судов. Ставятся и решаются задачи комплексной автоматизации судов. Чем более совершенны и технически оснащены современные суда, тем они, как правило, более электрифицированы. И в дальнейшем значение судовой электрической энергии будет только возрастать.
Основными потребителями судовой электрической энергии являются судовые электроприводы (ЭП), на долю которых приходится до
90 % электроэнергии, вырабатываемой общесудовыми генераторами. Около 30 % вырабатываемой электроэнергии приходится на долю судовых многоскоростных ЭП, несмотря на их небольшое количество на судах [6].
Электрификация судовых приводов началась в первой половине XIX в. Принято считать, что первым практически созданным ЭП был судовой. В 1838 г. Борис Семенович Якоби использовал систему «гальваническая батарея - двигатель постоянного тока» для привода гребных колес восьмивесельного катера. Катер по реке Нева против ветра и течения развил скорость около 1,5 уз. Впоследствии такие ЭП
выделились в отдельное, динамично развивающееся в настоящее время направление - электродвижение судов. Таким образом, родиной судового ЭП является Россия, которая несмотря на общую техническую отсталость, но благодаря усилиям инженерно-технических работников занимала передовые позиции в области развития теории и практики судового ЭП. Во второй половине XIX в. преимущественно на отечественных военных кораблях внедряются ЭП вентиляторов, грузоподъемных устройств, рулевых установок. В 1886-1887 гг. на крейсерах «Адмирал Корнилов», «Лейтенант Ильин» и других начали применяться ЭП вентиляторов. В 1890-1894 гг. на эскадренном броненосце «Сисой Великий» был установлен ЭП грузоподъемного механизма для подъема боезарядов. В то же время, в 1892 г., на крейсерах «Георгий Победоносец», «Двенадцать апостолов» и других появились ЭП рулевых устройств. Начало XX в. отмечено широким использованием на кораблях ЭП постоянного тока: насосов,
вентиляторов, рулевых установок, шпилей, брашпилей, грузоподъемных устройств. С 1908 г. стали применяться судовые ЭП переменного тока как наиболее надежные.
По условиям работы судовые ЭП можно объединить в следующие группы: длительного режима, кратковременного и повторно-кратковременного режимов. Первая группа включает в себя ЭП судовых механизмов с легкими условиями работы в переходных режимах вентиляторов, насосов и др. Приводы второй группы в большинстве случаев являются многоскоростными и, как правило, относятся к механизмам с тяжелыми условиями пуска, электрическими торможениями, необходимостью регулирования скорости и большой частотой включения: грузоподъемные, якорно-швартовные и пр. В процессе исторического развития наибольшее изменение претерпели ЭП второй группы.
Существует несколько различных систем ЭП с регулируемой скоростью: с электродвигателями (ЭД) постоянного тока, питающимися от сети; системы «генератор-двигатель» (Г-Д); «широтно-импульсный регулятор-двигатель» (ШИР-Д); «управляемый выпрямитель-двигатель» (УВ-Д); с многоскоростными асинхронными двигателями (АД), имеющими короткозамкнутый или фазный ротор; «непосредственный преобразователь частоты-асинхронный двигатель» (НПЧ-АД); «инверторный преобразователь частоты-асинхронный двигатель» (ИПЧ-АД) и др. Их сравнение по эксплуатационнотехническим показателям позволяет наиболее объективно определить область применения различных систем, прогнозировать вероятные направления развития данной группы судовых ЭП. Техникоэкономическая оценка и область их применения даны в [8, 9].
Для судовых механизмов нашли применение многоскоростные ЭП с ЭД постоянного тока, питающимися от сети, а также от автономных электромашинных (система Г-Д) или статических (система ТП-Д)
преобразователей, приводы с многоскоростными АД. Ведутся работы по внедрению ЭП со статическими преобразователями частоты.
Многоскоростные ЭП с двигателями постоянного тока, питающимися от сети, используются преимущественно на судах, построенных в 60-е годы и ранее, имеющих судовые электрические станции постоянного тока: серии судов типа т/х «Архангельск», 1953 г., Финляндия;
т/х «Николай Островский», 1955 г., Бельгия; т/х «Тарту», 1960 г., ВНР; т/х «Симферополь», 1962 г., ПНР и др. Количество таких судовых ЭП постоянно уменьшается в связи с внедрением на подавляющем большинстве современных судов переменного тока, а также по причине списания судов, эксплуатируемых длительное время. Теория и варианты различных схемных решений приводов с ЭД постоянного тока, питающимися от сети, достаточно полно освещены и приведены в литературе [12].
Приводы системы Г-Д («Вард-Леонарда») нашли применение на судах более поздней постройки по отношению ко времени установки многоскоростных ЭП с двигателями постоянного тока, включаемыми непосредственно в сеть. К ним относятся брашпили - ряд судов серии типа т/х «Сибирьлес», СССР (т/х «Верхоянсклес», 1965 г.; т/х «Яна», 1966 г.); суда типа т/х «Новгород», 1967 г., Финляндия; АШЛ - серии судов типа т/х «Совфрахт», 1967 г., СФРЮ; т/х «Новгород»; грузовые лебедки - некоторые суда типа т/х «Беломорсклес», ПНР (т/х «Амурсклес», 1963 г.; т/х «Ангаралес», 1963 г.) и др.
В настоящее время обоснована неперспективность судовых ЭП системы Г-Д в силу ряда существенных недостатков, к которым в первую очередь относятся относительно невысокая надежность данной ответственной группы потребителей и повышенные эксплуатационные расходы из-за наличия машин постоянного тока; сравнительно высокие массо-размерные показатели. Только при мощности 70 кВт и выше масса электрооборудования многоскоростных ЭП системы Г-Д оказывается соизмеримой с массой электрооборудования приводов с двигателями постоянного тока, питающимися от сети, и релейноконтакторными системами управления [4]. Мощность же большинства устанавливаемых на судах многоскоростных ЭП менее 70 кВт. Кроме того, необходимо отметить, что несмотря на возможность системы Г-Д обеспечить высокую плавность регулирования скорости, в судовых ЭП используется, как правило, не более пяти устойчивых скоростей во всем диапазоне регулирования. ЭП системы Г-Д также исчерпывающе рассмотрены в источниках [3, 4, 13].
Приводы, выполненные по системе ТП-Д, освещены в [1, 6, 10, 13] и в настоящее время составляют обоснованную конкуренцию судовым ЭП системы Г-Д по ряду технических характеристик [2, 9, 13]. Такие многоскоростные ЭП установлены на т/х «Волголес» - для механизма брашпиля, т/х «Северолес» - для грузовой лебедки, т/х «Алексей Косыгин» - для лихтерного крана. Однако их внедрение в судовой
электротехнике весьма ограничено, так как не исключает полностью наличия машин постоянного тока. Область применения и технические характеристики судовых ЭП системы ТП-Д приведены в [2, 9].
В подавляющем большинстве судовых механизмов с регулируемой угловой скоростью установлены и эксплуатируются ЭП с многоскоростными АД. Это обусловлено, прежде всего, оснащением современных судов судовыми электроэнергетическими системами трехфазного переменного тока, рациональными решениями для ЭД в соотношениях чисел полюсов статорных обмоток, кратностей пусковых и максимальных моментов, маховых масс и пр.
Современные суда осуществляют рейсы в различных климатических зонах, условия эксплуатации судовых ЭП специфичны и резко отличаются от береговых. Приводы подвергаются климатическим (изменение температуры окружающей среды в широких пределах, повышенное содержание соли, высокая влажность) и механическим (вибрации и удары, изменение положения частей электрооборудования) воздействиям. Повышение требований к различным судовым ЭП приводит к необходимости поиска новых технических решений. На новый качественный уровень судовые ЭП вышли с развитием теоретических разработок и практическим внедрением полупроводниковой и микропроцессорной и другой техники.
Наиболее перспективным представляется развитие судовых ЭП по пути расширения областей использования асинхронных частотноуправляемых короткозамкнутых двигателей [1, 5, 11]. В настоящее время разработаны и осваиваются в промышленном производстве ЭП систем НПЧ-АД и ИПЧ-АД со статическими преобразователями частоты (с непосредственной связью и естественной коммутацией тока тиристоров серии ТТС и др.) [7].
Библиографический список
1. Анисимов Я.Ф. Судовая силовая полупроводниковая техника. Л.: Судостроение, 1979. 192 с.
2. Васильев В.Н., Карауш Н.Я. Эксплуатация судовых
электроприводов: Справ. М.: Транспорт, 1985. 280 с.
3. Козак Г.И. Электротехника на торговых судах / Пер. с нем.; под ред. С.И. Антонова; Г.И. Козак, А. Вангерина. Л.: Изд-во судостр. пром., 1960. 551 с.
4. Михайлов В.А., Рукавишников С.Б., Фрейдзон И.Р.
Электродвижение судов и электропривод судовых механизмов. Л.: Судостроение, 1965. 608 с.
5. Руденко В.С., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы
преобразовательной техники. М.: Высш. шк., 1980. 424 с.
6. Сиверс П.Л. Судовые электроприводы. М.: Транспорт, 1975. 456 с.
7. Яуре А.Г. и др. Современное состояние и тенденция развития тиристорных электроприводов переменного тока для крановоподъемных механизмов: Аналит. обзор. М.: Информэлектро, 1981. 25 с.
8. Справочник судового электротехника: В 3 т. / Под ред. Г.И. Китаенко. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Судостроение, 1980. Т. 1. 528 с.
9. Богословский А.П. Судовые электроприводы: Справ. В 2 т. Л.: Судостроение, 1983. Т. 1. 352 с.
10. Фрейдзон И.Р. Судовые автоматизированные электроприводы и системы. Л.: Судостроение, 1980. 440 с.
11. Хамудханов М.З., Хашимов А.А. Теория и методы расчета частотноуправляемых асинхронных электроприводов. Ташкент: ФАН, 1969. 231 с.
12. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. 6-е изд., доп. и перераб. М.: Энергоиздат, 1981. 576 с.
13. Яуре А.Г., Богословский А.П., Певзнер Е.М. Электроприводы судовых грузоподъемных механизмов. Л.: Судостроение, 1971. 184 с.
