1. Плюсы использования валогенераторов на судах.
Из-за постоянно ужесточающихся этапов EEDI, направленных на сокращение выбросов парниковых газов (ПГ), установленную мощность двигателя на новых судах приходится уменьшать.
Справка: EEDI - меры технического характера, применяемые на стадии проектирования судов, целью которых является снижение количества CO2, выбрасываемого на тонну-милю.
Наиболее, по-моему мнению, подробно и понятно об этом можно прочитать в статье Антона на Дзене по следующей ссылке: https://dzen.ru/a/Y8VPTpMvPjmxEtBn?share_to=link.
Не забудьте подписаться не его медиа-контент, особенно если ты судовой механик: канал Шарапов Механик точно для тебя!
Итак, основной плюс в том, что валогенератор снижает EEDI и помогает достичь соответствия требованиям этого индекса. По сравнению с другими средствами повышения эффективности всей машинной установки на борту, валогенератор часто является наиболее надежным и дешевым решением.
Следовательно, установка валогенератора на борту судна имеет ряд преимуществ. Валогенератор позволяет вырабатывать электроэнергию с низким удельным расходом топлива. Кроме того, меньшее количество часов работы вспомогательных дизель-генераторных установок сокращает техническое обслуживание и расходы на запасные части.
2. Рассвет применения валогенераторов на судах.
В начале 2000-х годов валогенераторы были наиболее распространены среди крупных контейнеровозов. Эти суда плавали, в основном, по фиксированным маршрутам с фиксированной скоростью и, таким образом, поддерживали более или менее постоянную частоту вращения главного двигателя в номинальном режиме, хотя и использовались с винтами фиксированного шага (FPP). Это означало, что частота валогенератора оставалась в пределах номинальной частоты (50 или 60 герц), а это давало возможность обойтись без преобразователей частоты, которые в то время были очень дорогостоящими.
Отказ от преобразователей частоты свело к минимуму затраты на покупку.
Это были первые старые добрые валогенераторы без особых "наворотов", выходная частота которых была пропорциональна частоте вращения главных двигателей.
Использование винтов регулируемого шага (CPP) позволило использовать такие валогенераторы и на других судах, ведь теперь главный двигатель, несмотря на изменение угла поворота лопастей и скорости судна, работал с фиксированной частотой вращения.
Такие валогенераторы называют PTO/GCR.
3. Что такое PTO?
Научно-технический прогресс шагает семимильными шагами. Сейчас валогенераторы могут работать в различных режимах: PTO, PTI и PTH. Ниже картинка, хорошо объясняющая эти режимы работы.
Однако, чаще всего на морских судах валогенераторы работают в режиме PTO.
POWER TAKE OFF (PTO).
В этом режиме валогенератор вырабатывает электроэнергию на нужды судна. Валогенератор в этом режиме может работать самостоятельно или параллельно со вспомогательными дизель-генераторными установками, если установлен преобразователь частоты или эпициклический планетарный редуктор компании RENK. Это классический режим работы валогенератора, который может обеспечить значительное снижение расхода топлива благодаря превосходной топливной экономичности главного двигателя по сравнению со вспомогательными дизель-генераторными установками.
Когда судно маневрирует, например, в порту, валогенератор отключают от ГРЩ. Работают вспомогательные дизель-генераторы. Когда судно покидает порт и набирает скорость в открытом море, тогда и переходят на валогенератор.
4. Что такое GCR?
Различают ТРИ основные категории валогенераторных установок. Поэтому тему валогенераторов я и разделил на три части по категориям.
GCR - это первая самая простая категория валогенераторных установок. Не считая самого главного двигателя, она состоит из гибкой муфты, повышающего (или понижающего - почему нет?) редуктора, жесткой на кручение муфты и, соответственно, самого генератора переменного тока.
GCR расшифровывается как Gear Constant Ratio - ПОСТОЯННОЕ ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛО.
GCR является простейшей валогенераторной установкой, поскольку у нее нет встроенных систем регулирования частоты. В подавляющем большинстве случаев, валогенератор GCR используется для выработки электроэнергии с постоянной электрической частотой во время рейса. Поскольку частота, вырабатываемая генератором переменного тока, пропорциональна частоте вращения двигателя, ГД должен работать на постоянной частоте вращения. Как мы уже выше узнали, это возможно только в том случае, если установлен гребной винт с регулируемым шагом, ну или это крупный контейнеровоз, чаще всего работающий по фиксированным маршрутам с фиксированной скоростью.
Основной минус валогенератора GCR в том, что он не может работать параллельно со вспомогательными ДГв течение длительного времени из-за небольших колебаний частоты вращения главного двигателя, которые происходят даже в режиме постоянной скорости гребной установки с винтом регулируемого шага. Следовательно, валогенератор GCR используется для во время рейса самостоятельно, в одиночку, так сказать, когда вспомогательные дизель-генераторные установки не работают. Возможна лишь кратковременная параллельная работа ВГ с ВДГ чисто для перехода с одного на другой или обратно.
Но во время маневрирования судна, валогенератор GCR может, однако, вполне себе использоваться в качестве отдельного источника питания для, например, мощного носового подруливающего устройства, которое может работать и с плавающей частотой в принципе. При этом вспомогательные дизель-генераторные установки в этот момент обеспечивают электроэнергией всех остальных потребителей.
5. Уход от GCR.
Общий КПД валогенератора GCR достаточно хороший и составляет по различным подсчетам около 92%.
Вроде бы все круто, но на этом проектировщики валогенераторных установок не остановились и подарили нам две другие, причем более сложные системы.
Почему?
Тут все просто. Хоть инвестиционные затраты на валогенератор GCR намного меньше, чем стоимость валогенераторов других двух категорий, о которых мы поговорим в следующих статьях, но с другой стороны, инвестиционные затраты на гребной винт с регулируемым шагом, требуемый в сочетании с валогенератором GCR, выше, чем стоимость гребного винта с фиксированным шагом. Ну и работа главного двигателя на постоянной частоте вращения означает снижение его эффективности (и теплового КПД) при уменьшении нагрузки на валу (малые углы поворота ВРШ).
6. Использованная при написании статьи литература.
- Shaft generators for low speed main engines. MAN Energy Solutions.
- Shaft Generators for the MC and ME Engines. MAN B&W Diesel A/S.
- Wärtsilä Shaft Generator Systems.
- Штук 6 советских книг по судовым электрическим машинам и судовому электрооборудованию.
7. Полезные ссылки.
Наш телеграм-чат электромехаников:
Царь-ссылка на весь медиа-контент канала ШАРАПОВ МЕХАНИК:
*****
BRGDS,
Alisher K. Eshimbetov.
Electro-Technical Officer (ETO).
