5 Типы энергетических установок на ледоколах

Плавание во льдах предъявляет особые требования к энергетической установке ледокола. От правильного выбора элементов установки в значительной степени зависит экономичная и безаварийная работа ледокола.

Одно из основных требований, предъявляемых к энергетическим установкам ледокола,— необходимость автоматического поддержания постоянства мощности гребной установки во всем диапазоне изменения режимов работы двигателя — от швартовного до хода на свободной воде. Такое требование вытекает из условий работы гребной установки во льдах, когда сопротивление движению ледокола даже за сравнительно небольшой отрезок времени меняется в широком диапазоне, что, в свою очередь, приводит к изменению скорости движения ледокола и к изменению момента сопротивления вращению гребного винта.

Для эффективного преодоления сопротивления тяжелого льда гребная установка ледокола должна развивать полную мощность при работе гребного винта с характеристикой, близкой к швартовной. С другой стороны, для достижения максимальной скорости при ходе на свободной воде и в легких ледовых условиях гребная установка должна также развивать длительно полную мощность при работе гребного винта с характеристикой хода в свободной воде. Поэтому для эффективного использования мощности главных двигателей и увеличения средней скорости движения ледокола необходимо поддерживать постоянной заданную мощность гребной установки. Ручная регулировка при этом практически неосуществима, так как невозможно непрерывно следить за изменением скорости судна и момента сопротивления вращению винта. Выполнение этого требования должно осуществляться автоматически, с помощью системы регулирования гребной установки.

На ледоколах обычно применяются дизель – электрическая или атомная паротурбинная энергетическая установка с электрической передачей.[1]

5.1 Электрическая передача

В зависимости от типа главного двигателя различают дизель - и турбоэлектрические энергетические установки.

В дизель - электрической энергетической установке генераторы приводятся в действие ДВС; в корме судна установлены электродвигатели, которые в большинстве случаев непосредственно соединены с судовыми движителями. Эти двигатели позволяют использовать нереверсивные судовые высоко - и среднеоборотные дизели и обеспечивают гибкую работу всего блока, так как дизели, генераторы и электродвигатели можно комбинировать любым образом. Кроме того, имеется возможность наиболее целесообразного размещения двигателей в средней и носовой части судна, а также достижения наиболее экономичной работы приводных двигателей при различных режимах движения.

Дизель-электрические установки являются наиболее распространенными. Чаще всего их применяют на специальных судах, таких как ледоколы, рыболовные буксиры, противопожарные, плавучие краны, землечерпательные снаряды, паромы.

Дизель – электрическая ЭУ представлена на рисунке 4

Рисунок 4 Дизель – электрическая ЭУ на ледоколе

(1 — электродвигатель; 2 — дизель; 3 — генератор.)

Дизель-электрические энергетические установки обычно применяют мощностью до 4000 кВт. Использование двигателей большей мощности характерно только для ледоколов. Так, например, американский ледокол «Глэсье» имеет два гребных винта, которые приводятся во вращение двумя электродвигателями по 6200 кВт каждый. Наибольшую общую мощность дизель-электрической энергетической установки имеет советский ледокол «Москва». На нем установлено четыре электродвигателя по 4000 кВт каждый.

Конструктивно паротурбинные установки выполняются в виде единого блока, состоящего, как правило, из двух турбин, параллельно работающих на одно- или двухступенчатый редуктор, понижающий обороты турбин до оптимальных для гребного винта. Для снижения передаваемых на корпус вибраций паротурбинный блок крепится к нему с помощью амортизаторов. С этой же целью, так называемые неопорные связи блока с корпусом и другим оборудованием (линия вала, паровые, водяные, масляные трубопроводы) имеют относительно эластичные вставки, также препятствующие распространению вибрации от блока.

Сброс пара от турбины осуществляется на конденсатор, охлаждаемый забортной водой, протекающей по трубкам, рассчитанным на пол­ное забортное давление. Прокачка забортной воды осуществляется самопротоком или циркуляционным насосом. Образовавшийся после охлаждения пара конденсат специальными насосами закачивается в парогенератор. Паропроизводящая и паротурбинная установки контролируются и управляются с помощью специальной автоматической системы (при необходимости с вмешательством операторов). Управление осуществляется из специального поста. Передача мощности от редуктора на гребной винт осуществляется с помощью линии вала, снабженного опорными и главным упорным подшипником (ГУП), передающим развиваемый винтом упор на корпус. Обычно ГУП конструктивно совмещается с одной из поперечных переборок и на некоторых АЛЛ снабжен специальной системой для снижения уровня вибраций, передаваемых от линии вала на корпус. Для отсоединения гребного вала от редуктора турбинной установки предусмотрена специальная муфта.

Электроэнергетическая система (ЭЭС) современных ледоколах имеет в своем составе несколько (как правило, два) автономных турбогенераторов (АТГ) переменного тока, использующих пар от реактора, и аккумуляторную батарею (АБ) в качестве резервного источника энергии при неработающих АТГ, а также машинные или статические преобразователи электрического тока (для зарядки АБ от АТГ и питания оборудования на переменном токе от АБ), приборы контроля, регулирования и защиты, а также систему коммутации — распределительные щиты и кабельные трассы.[10]

Турбоэлектрическая ЭУ представлена на рисунке 5

Рисунок 5 Турбоэлектрическая энергетическая установка

(1 — парогенератор; 2 — турбина; 3 — генератор; 4 — электродвигатель.)