Электричество на корабле судне реферат
Обновлено: 05.07.2024
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Кафедра теплотехники, судовых котлов и вспомогательных
Установок
по дисциплине «Судовые энергетические установки и
Комплексная автоматизация управления СЭУ
Курсант гр. Имя/Фамилия
Руководитель Коняев Д. В. канд. техн. наук, доцент
1.Цели автоматизации СЭУ 4
2.Виды автоматизации СЭУ 5
3.Подходы к автоматизации судна 6
4.Классификация комплексной автоматизации СЭУ 7
5.Классификация судов по степени автоматизации 14
Заключение 16
Список литературы 17
Введение
Комплексная автоматизация – это автоматизация всего комплекса операций по управлению технологическим или производственным процессом СЭУ, его защите и контролю. При такой автоматизации за человеком (механиком) сохраняются функции наблюдения, изменения уставок, выбора и переключения программ, определения очередности включения резерва.
Иными словами, это процесс, при котором функции управления судном и его оборудованием, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и техническим устройствам.
Автоматизация судовождения – это залог безопасности рейсов судов. Процесс автоматизации судовых энергетических установок спомобствует повышению надежности и экономичности работы судового оборудования, увеличению производительности и улучшению условиий руда плавсостава, но как следствие вызывает сокращение численности кадров.
Цели автоматизации СЭУ
Сложно представить эксплуатацию современного судна без автоматизации процессов управления с помощью разнообразного технического и технологического оборудования, судовых систем и судна в целом. Возрастают мощности судовых устройств и механизмов, повышаются требования к точности, надежности, быстродействию и другим показателям качества процессов управления, повышаются эксплуатационные требования, связанные с экономичностью и эффективностью работы судовых систем и оборудования. Причем эти требования касаются работы не только отдельных систем управления, но и систем управления комплексами технических средств.
Поэтому в настоящее время основным требованием при постройке нового судна является наличие на нем комплексной системы автоматизации.
А в случае модернизации эксплуатируемого судна в обязательном порядке производится переход от автоматизации отдельных устройств и систем к комплексной автоматизации процессов управления на судне.
Повышение уровня надежности функционирования СЭУ.
Улучшение безопасности экипажа при работе с СЭУ.
Повышение эффективности функционирования СЭУ.
а) заработную плату команде – за счет повышения степени
автоматизации снижается численность машинной команды;
б) потери за счет простоев, вследствие поломок ( надежность
в) устранение поломок, в том числе аварийных – за счет обнаружения их своевременно.
Виды автоматизации СЭУ
Различают частичную и комплексную автоматизацию.
В 1940—1950-х гг. началась автоматизация отдельных механизмов на судах. Иными словами, в то время производилась частичная автоматизация, комплекс операций по усовершенствованию СЭУ, в рамках которого происходит машинизация одного объекта.
Надзору на судне подлежат системы автоматизации главных двигателей, котельной установки, судовой электростанции, системы компрессоров сжатого воздуха, осушительной системы, вспомогательных механизмов и др.
Межремонтный ресурс автоматизированного оборудования должен составтавлять не менее 25 тысяч часов, ежегодная наработка оборудования без подрегулировок и наладок должна быть не менее 5 тысяч часов.
Подходы к автоматизации судна
Изначально основной целью внедрения автоматизации на судах было сокращение численности команды машинного отделения, а экономическая целесообразность применения автоматизации заключалась в возможности ее окупаемости в результате экономии средств за счёт снижения трудозатрат, но со временем, на первый план встала задача повышения безопасности эксплуатации судов.
Практика эксплуатации современных автоматизированных судов выявила ряд конкретных преимуществ, получаемых от применения автоматизации. Например, численность машинной вахты сокращается с 3-5 чел. до 1 чел., а общая численность судового экипажа снижается с 55-60 чел. до 30-36 чел.
Ряд основных принципов автоматизации из мировой практики, которыми в настоящее время руководствуются в процессе автоматизации:
— объем автоматизации должен быть достаточным для обеспечения
нормальной эксплуатации установки экипажем заявленной численности;
— автоматизации должны подлежать наиболее важные с точки зрения безопасности эксплуатации процессы, а также наиболее трудоемкие и циклически повторяющиеся операции;
— должна быть обеспечена автоматическая защита от любой неисправности, которая повышает риск возникновения аварийной ситуации;
— комплектация ЦПУ приборами управления и контроля должна исключать необходимость ухода вахтенного из центрального поста управления непосредственно в машинное отделение для совершения операций управления и контроля;
Классификация комплексной автоматизации СЭУ
В 1970- х годах ведущий научно-исследовательский институт морского флота (ЦНИИМФ) разработал классификацию средств автоматизации судна, в основу которой легли комплексы средств автоматизации (КСА) основных объектов судового управления и их процессов.
КСА1 – комплекс средств автоматизации процессов навигации и управления движением судна.
Он включает следующие подсистемы автоматизации:
КСА1.1- процессов навигации;
КСА1.2 – радиолокационной прокладки;
КСА1.3 –управления движением судна;
КСА1.4 – процессов регистрации и документирования навигационной информации.
КСА2 – комплекс средств автоматизации процессов и оборудования, обеспечивающих движение и маневрирование судна.
КСА2 включает следующие подсистемы автоматизации:
система ДАУ главным двигателем (ГД);
система ДАУ ГД и ВРШ;
система ДАУ дизель- редукторным агрегатом и ВРШ;
система дистанционного управления ГД;
система дистанционного управления ВРШ;
автономные (локальные ) средства автоматизации ГД И ВРШ в т. ч.:
регулятор частоты вращения ГД;
средства защиты ГД;
автоматические программные устройства ограничения нагрузок ГД;
устройства автоматического распределения нагрузки между дизелями.
авторулевой;
система управления рулевой машиной;
система управления подруливающего устройства.
систем автоматического регулирования температуры смазочного масла;
воды охлаждения цилиндров;
воды (топлива)охлаждения форсунок;
воды (или масла)охлаждения поршней;
система автоматизации процессов подготовки топлива (фильтров, сепараторов);
система автоматического регулирования вязкости тяжелого топлива;
система управления насосами, обслуживающими ГД;
система управления опреснительной установкой;
средства автоматизации систем вентиляции.
система обобщенной аварийно- предупредительной сигнализации
система централизованного контроля (СЦК с индикацией и регистрацией);
система технического диагностирования ГД и связанного с ним оборудования;
информационно- измерительная система (диагностирования, прогнозирования и регистрации маневров);
автономные средства дистанционного контроля.
КСА 3 - Комплекс средств автоматизации процессов и оборудования энергообеспечения судна.
система управления электростанцией;
система ДАУ дизель-генераторами (ДГ);
система автоматического регулирования температурой системы охлаждения ДГ;
система автоматического регулирования температурой смазочного масла;
регулятор частоты вращения;
средства защиты ДГ.
система управления главным парогенератором;
система управления вспомогательным котлом;
система управления утилизационным котлом.
КСА 4 включает следующие подсистемы автоматизации:
средства управления грузовыми системами; - средства управления грузовыми устройствами; - средства автоматизации зачистки и мойки танков.
средства автоматизации холодильных установок трюмов;
средства автоматизации системы подогрева груза;
средства автоматизации систем вентиляции и кондиционирования воздуха в трюмах;
средства автоматизации систем инертных газов;
систем управления морозильным аппаратом; - систем управления глазуровочным аппаратом;
средства автоматизации рыбомучной установки.
средства управления дистанционной отдачей якоря;
система поддержания якорной цепи;
система поддержания швартовых канатов.
средства автоматического управления насосами;
системы автоматического контроля уровня в цистернах;
средства автоматизации управления сепарацией льяльных вод.
средства автоматического управления насосами и арматурой;
система дистанционного контроля уровня в цистернах.
КСА 6 - Комплекс средств автоматизации процессов и оборудования, обеспечивающих нормальные условия жизнедеятельности экипажа и санитарных норм. КСА 6включает следующие подсистемы автоматизации:
бытового водоснабжения;
системы сточных вод.- из-за более высоких значений КПД главных двигателей по сравнению со вспомогательными;
- меньшего расхода топлива;
- возможности стабилизации нагрузки двигателей (особенно для главных двигателей некоторых типов судов, работающих с недогрузкой – рыболовных траулеров, буксиров, судов ледового плавания);
- продления ресурса вспомогательных двигателей;
- снижения трудозатрат на обслуживание энергетической установки.
КСА 3.4 – системы комплексной автоматизации энергообеспечения
(электро, пневмо, гидравлического питания).
КСА 4.4 – средства автоматизации промыслового оборудования.
КСА 6.3 – средства автоматизации холодильной установки, провизионных камер и прочего бытового оборудования.
Классификация судов по степени автоматизации
В зависимости от степени участия человека в операциях контроля и управления энергетической установкой Регистр присваивает судну определенный знак автоматизации.
Суда со знаком автоматизации AUT3 (AUT – сокращение от automation) в символе класса, имеющие суммарную мощность главных механизмов до 2250 кВт, должны быть оборудованы системами автоматизации в объеме, обеспечивающих их безопасность и управляемость без постоянного присутствия обслуживающего персонала в машинных помещениях и в центральном посту управления (ЦПУ).
Суда класса AUT2 обязаны быть оборудованы системами автоматизации в объеме, позволяющем производить дистанционное автоматизированное управление с мостика главными механизмами и движителями, которые обеспечивают требуемое маневрирование судном.
Предусматриваемое оборудование автоматизации при всех условиях плавания, включая маневрирование, должно обеспечивать такой же уровень безопасности судна, как и на судах с вахтой в машинных помещениях. Должно быть предусмотрено дистанционное управление из ЦПУ главными и вспомогательными механизмами.
Все оборудование, устанавливаемое в машинных помещениях, должно быть приспособленным к работе в условиях без вахтенного обслуживания.
Согласно Регистру, выполнение отдельных операций (пополнение цистерн, очистка фильтров и т.п.) является допустимым с местных постов управления, но не чаще 1 раза за 12 ч.
Суда со знаком автоматизации AUT1 должны быть оборудованы такими системами и устройствами автоматизаци, чтобы в случае потери знака AUT1 эти суда могли нормально эксплуатироваться со знаком автоматизации AUT2.
Машинные помещения должны быть оборудованы механизмами и системами, способными бесперебойно работать без местного обслуживания и без дистанционного контроля за их работой из ЦПУ, рулевой рубки или других мест с применением контроля по обобщенной сигнализации.
Таким образом, знак автоматизации AUT1 присваивается судну, если энергетическая установка может быть нормально эксплуатирована без постоянного контроля членом экипажа, как в машинном отделении, так и на Центральном посте управления. При эксплуатации судна со знаком AUT1 изменение режима работы энергетической установки задается с мостика общей командой.
Если автоматизация механической установки выполнена на базе программного обеспечения на компьютере или с помощью программируемых логических контроллеров, то судну присваивается один из следующих знаков автоматизации: AUT1-C, AUT2-C или AUT3-C (C – сокращение от computer).
Если компьютерные системы объедены сетью в единую интегрированную систему, то могут быть присвоены знаки AUT1-ICS, AUT2-ICS или AUT3-ICS (ICS – сокращение от integrated computer system).
Это сравнительно новая система обозначения классификационных символов Регистра, она действует с 2007 года.
Заключение
В заключении можно сказать, что эксплуатация современного судна немыслима без автоматизации процессов управления разнообразным техническим и технологическим оборудованием, судовыми системами и судном в целом. Возрастают мощности судовых устройств и механизмов, повышаются требования к точности, надежности, быстродействию и другим показателям качества процессов управления, повышаются эксплуатационные требования, связанные с экономичностью и эффективностью работы судовых систем и оборудования.
Поэтому переход от автоматизации отдельных устройств и систем к комплексной автоматизации процессов управления на судне крайне важен для повышения надежности и экономичности работы оборудования, увеличения производительности и улучшения условий труда плавсостава, ведь в первую очередь, первоочередной является задача повышения безопасности эксплуатации судов.
Список литературы
text=Комплексная%20автоматизация%20– %20это%20автоматизация,программ%2C%20определения%20оче редности%20включения%20резерва
Источники электроэнергии на судне принято делить на основные (первичные), вторичные, вспомогательные, резервные, стояночные и аварийные. Основными источниками электроэнергии обычно являются электромашинные генераторы, включающие в свой состав первичный двигатель и приводимый им в действие электрогенератор. В качестве вторичных источников электроэнергии используются различного рода преобразователи. Роль аварийных и вспомогательных источников электроэнергии в основном исполняют аккумуляторные батареи (как независимый источник электроэнергии) и аварийные (или резервные) дизельгенераторы.
Первичные двигатели предназначены для выработки механической энергии и передачи ее генератору с целью преобразования этой энергии в электрическую. В качестве первичных двигателей в судовых ЭЭС могут использоваться: дизельные двигатели (дизельгенераторы), паровые турбины (турбогенераторы), газовые турбины (газотурбогенераторы). Вместе с тем, роль первичного двигателя для электрогенератора может исполнять и основной двигатель судна, который передает энергию на валогенератор через главную линию вала и редуктор.
Дизельгенераторы – ДГ являются одними из самых распространенных типов электрогенераторов в судовых ЭЭС. Дизельгенераторы могут использоваться в функции основных, вспомогательных, резервных, стояночных, и даже аварийных источников электроэнергии на судах с дизельной и газотурбинной ЭУ, а также в качестве аварийных и резервных источников электроэнергии на судах с котлотурбинными и ядерными энергетическими установками. Дизельгенераторы обладают сравнительно высокими значениями КПД – до 40 %, высокой степенью автоматизации, быстрым запуском, надежностью и простотой эксплуатации, автономностью работы. К недостаткам дизельгенераторов можно отнести малую перегрузочную способность – около 10 – 15 % от номинальной мощности в течение не более 1 часа. Так как обеспечить равномерную загрузку одного мощного дизельгенератора в различных режимах работы судна практически невозможно, в составе ЭЭС обычно применяют несколько дизельгенераторов меньшей мощности, работающих параллельно. В качестве первичных двигателей дизельгенераторов используют средне- или высокооборотные дизели, имеющие частоту вращения от 500 до 1500 об/мин.
Турбогенераторы – ТГ широко применяются в качестве основного источника электроэнергии на судах с котлотурбинными, турбоэлектрическими и ядерными энергетическими установками. На некоторых типах судов могут устанавливаться стояночные турбогенераторы, потребляющие пар от вспомогательной котельной установки. Судовые турбогенераторы обладают следующими достоинствами: равномерностью вращения, большой быстроходностью, высокой надежностью и долговечностью (ресурс до 100000 часов), повышенной перегрузочной способностью (до 20 % от номинальной мощности) и устойчивой параллельной работой. К недостаткам турбогенераторов можно отнести относительно невысокий КПД турбопривода и достаточно большой промежуток времени для готовности к приему нагрузки. Частоты вращения роторов турбин турбогенераторов составляют обчно от 1500 до 6000 об/мин.
Газотурбогенераторы – ГТГ применяются в основном в качестве основного источника электроэнергии на судах с ГТУ. ГТГ сочетают в себе достоинства паровой турбины и дизельного двигателя: надежность в работе, высокую маневренность при переходе с режима на режим, быстрый запуск (от 30 до 50 с), быстрый прием нагрузки, небольшие массу и габариты. К недостаткам ГТГ можно отнести: сравнительно высокий удельный расход топлива, повышенную шумность, большие размеры воздухоприемных и газовыхлопных трактов, невысокие ресурсные показатели.
Валогенераторы – ВГ представляют собой электрогенераторы, приводимые в действие от главной линии вала судна. Использование на судах в составе ЭЭС валогенераторов представляется целесообразным по нескольким причинам:
Валогенераторы имеют высокий КПД (всего на 5 – 8 % ниже КПД главного двигателя). Кроме того, валогенераторы могут работать в качестве гребного электродвигателя, работающего на главную или вспомогательную линию вала судна от ГРЩ или вспомогательного дизельгенератора. Основным недостатком валогенераторов является возможность обесточивания судна при внезапной остановке главного двигателя.
Выбор типа первичных двигателей для электрогенераторов в основном зависит от типа главных двигателей судна. Так, на судах с дизельными энергетическими установками в качестве первичных двигателей в основном используют дизельные двигатели. На судах с газотурбинными установками в качестве первичных двигателей могут использоваться как дизельные двигатели, так и газовые турбины. На судах с котлотурбинными и ядерными энергетическими установками в качестве первичных двигателей электрогенераторов используют паровые турбины. Кроме того, дизели часто используют в качестве первичных двигателей резервных или аварийных источников электроэнергии.
В качестве судовых электрогенераторов могут использоваться генераторы постоянного тока, синхронные генераторы переменного тока с самовозбуждением и с независимым возбуждением.
В основе работы электромашинных генераторов (как постоянного, так и переменного тока) лежат законы электромагнитной индукции и взаимодействия движущегося проводника с магнитным полем. При пересечении силовых линий магнитного поля в движущемся проводнике индуцируется электродвижущая сила – ЭДС. Под воздействием возникшей ЭДС в замкнутой цепи начинает протекать ток, снимаемый с клемм генератора.
Генераторы должны обладать высокой надежностью в работе, обеспечивать устойчивую параллельную работу при изменениях нагрузки и требуемое качество электроэнергии, иметь высокий КПД, обеспечивать защиту от попадания внутрь капель воды, паров масла и пыли.
Генераторы переменного тока – являются основными источниками электроэнергии для сетей переменного тока. В настоящее время в судовых ЭЭС широко применяются генераторы переменного тока с самовозбуждением серий МСС, ГМС, МСК, и генераторы переменного тока с независимым возбуждением типа ТК. Буквы в обозначении марки генераторов означают: Г – генератор; С – синхронный; М – морской; вторая буква С – с самовозбуждением; К – с кремнийорганической изоляцией.
Синхронные генераторы серии МСК изготавливают с самовентиляцией по замкнутому циклу и с водяными воздухоохладителями. Система самовозбуждения генераторов МСК включает в себя выпрямители и другие устройства, выполняется в виде единого блока, устанавливаемого непосредственно на корпусе генератора. Генераторы серии МСС отличаются от генераторов серии МСК меньшей частотой вращения и наличием небольшого генератора начального подмагничивания. Генераторы серии ГМС имеют брызгозащищенное исполнение с самовентиляцией по разомкнутому циклу.
Основным преимуществом генераторов переменного тока по сравнению с генераторами постоянного тока является меньшие массогабаритные характеристики электрических машин.
Генераторы постоянного тока – являются источниками электроэнергии для сетей постоянного тока, а также применяются в качестве автономных источников питания отдельных электроприводов и устройств, работающих на постоянном токе. В судовых ЭЭС используются генераторы постоянного тока независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.
Аккумуляторные батареи являются химическими источниками тока и широко применяются в судовых ЭЭС в качестве резервных и аварийных источников электроэнергии, а также могут применяться в качестве основных источников электроэнергии для отдельных устройств и систем судна. В основе принципа действия аккумуляторов лежат три электрохимических явления: электролитическая диссоциация, электролиз и возникновение потенциала на электроде, помещенном в раствор электролита.
Аккумуляторы являются независимыми автономными источниками питания, вырабатывающими постоянный ток без пульсаций. Но в силу физических и химических особенностей протекающих в них процессов аккумуляторы имеют ряд существенных недостатков: необходимость систематического ухода и контроля за их состоянием, частых подзарядов, контроля состояния и замены электролита; низкий КПД; большие стоимость и массу. В судовых условиях обычно применяются следующие типы аккумуляторов: кислотные, щелочные (железо-никелевые, кадмиево-никелевые) и серебряно-цинковые.
Для получения требуемого напряжения в сети постоянного тока, производится последовательное соединение между собой аккумуляторов в группы. Напряжение группы аккумуляторов равно напряжению одного аккумулятора умноженному на число соединенных последовательно аккумуляторов. Для увеличения емкости, группы аккумуляторов соединяют параллельно в аккумуляторные батареи – АБ. Размещаются аккумуляторные батареи в специальных газо- и водонепроницаемых помещениях – аккумуляторных ямах или выгородках, снабженных обслуживающими системами: вентиляции, охлаждения, механического перемешивания электролита, контроля содержания водорода в воздухе помещения, нейтрализации (дожигания) водорода и др.
Литература
Судовые энергетические установки. Комбинированные и ядерные установки. Болдырев О.Н. [2007]
Электрическая энергия, вырабатываемая судовыми электрическими станциями, применяется для электродвижения судна (здесь не рассматривается), освещения, привода вспомогательных механизмов, питания отопительных, нагревательных и бытовых устройств, питания установок связи, сигнализации и навигационных устройств.
Электрическое освещение имеется в грузовых трюмах, на палубах, в котельном и машинном отделениях, служебных и жилых помещениях судового экипажа и пассажиров. Кроме того, на судах устанавливаются отличительные и сигнальные огни, прожекторы и т. п.
К вспомогательным судовым механизмам, приводимым в движение электричеством, относятся:
а) вспомогательные механизмы судовых систем — пожарные, трюмные (осушительные), балластные, санитарные и другие насосы, вентиляторы, компрессоры и т. п.;
б) вспомогательные механизмы для обслуживания главных двигателей - топливные, масляные, охлаждающие и другие насосы, валоповоротные механизмы и т. п.;
в) палубные вспомогательные механизмы — брашпили, шпили, грузовые лебедки, рулевые приводы и т. п.
Под отопительными, нагревательными и бытовыми устройствами подразумеваются различного рода грелки, служащие для отопления жилых и служебных помещений, камбузные плиты, хлебопекарные печи, сковороды, кипятильники и т. п.
К камбузному и бытовому оборудованию относятся также картофелечистки, хлеборезки, мясорубки, кофеварки, стиральные машины, центрифуги, холодильные шкафы, настольные и стенные каютные вентиляторы и т. п.
К судовым устройствам связи и сигнализации, потребляющим электрическую энергию, относятся телефон, электрический телеграф, электрические указатели (например, указатели положения руля - аксиометры, указатели числа оборотов главных двигателей - электрические тахометры и т. п.), звонковая и световая сигнализации (авральная, пожарная, трюмная, температурная и т. п.).
Навигационными устройствами, потребляющими электрическую энергию, являются эхолоты, электрические лаги, гидрофоны, гирокомпасы, одографы и другие приборы.
Рассмотрены тенденции развития единых электроэнергетических систем кораблей с использованием электрохимических генераторов и высокотемпературной сверхпроводимости. Внедрение новых источников электроэнергии на кораблях ВМФ улучшит тактико-технические характеристики кораблей и потребует решения новых задач по проектированию и испытаниям нового оборудования, а также для обеспечения качества электроэнергии.
1. Электрохимические генераторы тока на водородно-кислородных топливных элементах с матричным щелочным электролитом предназначены для прямого преобразования химической энергии топлива в электроэнергию. Процесс преобразования осуществляется на электродах топливных элементов, использующих в качестве реагентов чистые водород и кислород.
Впервые серийный корабельный электрохимический генератор применили в Германии на подводной лодке (ПЛ) проекта 212 [1, с.67]. Благодаря электрохимическому генератору ПЛ может находиться в подводном положении до тех пор, пока не закончится кислород и водород. Хранение водорода осуществляется в связанном состоянии в форме гидрида металла (специальный сплав металла в соединении с водородом), а кислород — в сжиженном виде в специальных емкостях между легким и прочным корпусами ПЛ. В модулях топливных элементов бесшумно соединяется водород и кислород, образуется дистиллированная вода и выделяется электроэнергия. Электрохимический генератор состоящий из 9 топливных элементов имеет суммарную мощность 300 кВт и обеспечивает движение ПЛ в подводном положении со скоростью 3 узла в течение 20 суток с показателями шумности ниже уровня естественных шумов моря. Топливные элементы функционируют при температуре 80°С, и тепло, выделяющееся при работе, используется для дальнейшего поддержания электрохимической реакции [4, с.75].
Количественный состав неатомных ПЛ с использованием ЭХГ зарубежных ВМС
Читайте также: