Механическая независимость главного двигателя и движителя создает ряд преимуществ строительного и эксплуатационного характера гребных электрических установок (ГЭУ) по сравнению с механической передачей.
Преимущества ГЭУ строительного характера:
•возможность применения быстроходных главных двигателей (дизелей, паровых и газовых турбин), меньших по массе и габаритным размерам;
•более удобное размещение главных агрегатов и гребных электродвигателей на судне;
•возможность выбора числа и мощности главных двигателей с генераторами электрической энергии независимо от числа гребных электродвигателей, что повышает маневренность, надежность и экономичность судна;
•меньшие размеры машинного отделения для судовых энергетических установок с быстроходными главными двигателями; кроме экономии площади, достигается и уменьшение высоты машинного отделения, это особенно важно для речных судов с малой осадкой;
•возможность установки более дешевых и легких нереверсивных главных двигателей, короткого гребного вала, не занимающего своим тоннелем трюмных помещений;
•возможность выбора оптимальных параметров гребных винтов в целях уменьшения их радиальных размеров, это имеет большое значение для речных судов с малой осадкой;
•применение двухъякорных гребных электродвигателей, имеющих в одном корпусе два якоря и две магнитные системы, что приводит к уменьшению радиальных размеров двигателя и увеличивает его надежность, так как при аварии одного из якорей можно работать на втором;
•возможность использования одного главного двигателя для вращения двух или нескольких генераторов, что позволяет питать электрической энергией, кроме гребной установки, электроприводы вспомогательных механизмов и освещение во время хода судна.
Преимущества ГЭУ эксплуатационного характера:
•возможность работы гребной установки при неполном числе главных генераторов, но при наиболее выгодных технико-экономических показателях, что особенно важно при движении судна с пониженной скоростью и использовании полной мощности отдельных генераторов при всех режимах работы гребных винтов;
•применение гребных электродвигателей с мягкими механическими характеристиками, развивающих максимальный вращающий момент на гребном валу при минимальной частоте вращения двигателя, что увеличивает маневренность судна (это преимущество особенно ценно для паромов, рейдовых буксиров-толкачей и ледоколов);
•высокая надежность ГЭУ, так как при повреждении одного из генераторных агрегатов возможна работа всех гребных электродвигателей от остальных;
•значительная перегрузочная способность электрических двигателей по моменту, что имеет большое значение для безопасности плавания;
•меньший износ гребного вала и главных двигателей вследствие уменьшения числа реверсов и значительного снижения вибрации корпуса судна;
•уменьшение расходов на топливо и смазочные материалы при одновременном питании от двух генераторов, вращаемых одним главным двигателем, всех приемников электроэнергии судна;
•возможность использования главных агрегатов судна на стоянках для питания перегрузочных механизмов и для нужд береговых судоремонтных предприятий.
Существенные недостатки ГЭУ:
•увеличение обслуживающего персонала, а следовательно, и увеличение эксплуатационных расходов;
•низкий коэффициент полезного действия установки в целом, что вызвано двойным преобразованием энергии механической в электрическую в генераторе и электрической в механическую в двигателе, а также потерей энергии в соединительных проводах и кабелях; большие масса, габаритные размеры и стоимость ГЭУ.
•К. п. д. гребной электрической установки, включая все ее звенья от главного двигателя до движителя на 12—18 % ниже, чем при механической передаче.
Однако возможность использования главных двигателей в наиболее экономичном для них режиме при любой скорости хода судна, а также применение нереверсивных двигателей повышают эксплуатационную экономичность судна и до некоторой степени компенсируют низкий к. п. д. гребной установки. Это свойство ГЭУ особенно ярко проявляется у судов, которым по условиям плавания приходится часто изменять режим работы гребных винтов (реверсивность, изменять частоту вращения), поэтому ГЭУ целесообразно применять на рейдовых судах, паромах, ледоколах.
В гребных электрических установках переменного и переменно-постоянного тока в качестве главных генераторов применяют синхронные машины, а в качестве гребных электродвигателей — синхронные, асинхронные или постоянного тока. Из-за сложности и неэкономичности регулирования частоты вращения гребных электродвигателей ГЭУ переменного тока применяется редко, в основном на крупных морских судах с большой мощностью установки.
На речных судах наиболее целесообразно применять ГЭУ постоянного или переменно-постоянного тока, у которых значительно проще и экономичнее регулирование частоты вращения электродвигателя.
Преимуществами ГЭУ переменно-постоянного тока по сравнению с ГЭУ постоянного тока являются: высокая надежность и экономичность синхронных генераторов; плавное и экономичное регулирование частоты вращения гребного электродвигателя, управляемого выпрямителем, или изменением напряжения генератора при неуправляемом выпрямителе; возможность питания электроэнергией всех судовых приемников электроэнергии от главных генераторов (единая электростанция переменного тока).
Опыт эксплуатации судов с электрическим приводом движителя показал, что при мощности до 5000 кВт целесообразно проектировать ГЭУ с гребными электродвигателями постоянного тока, используя их преимущества: широкий диапазон и экономичность регулирования частоты вращения по сравнению с двигателями переменного тока.
Постоянный ток, необходимый для питания цепей возбуждения электрических машин и цепей управления ГУЭ, получают при этом от специальных генераторов постоянного тока (возбудителей) или путем преобразования переменного тока в постоянный (двигатель-генератор- ные агрегаты, статические полупроводниковые выпрямители).
Применяемые в качестве главных двигателей ГЭУ речных судов дизели снабжают предельными регуляторами, срабатывающими при достижении частоты вращения, равной 112% номинальной, и всережимными регуляторами, позволяющими произвольно изменять ее в пределах 30—105 % номинальной, а также имеют неравномерность вращения, не превышающую 1/125, для возможности устойчивой параллельной работы генераторов.
В ГЭУ используются двухтактные и четырехтактные двигатели внутреннего сгорания с частотой вращения до 1000 об/мин, обычно она составляет 500—750 об/мин. Число дизельных агрегатов в судовых гребных установках колеблется в пределах от двух до шести. Мощность отдельных двигателей достигает 1500 кВт. Чаще используются двигатели мощностью 500— 1000 кВт.
Электрические машины. Электрические генераторы и двигатели гребных установок ввиду специфических условий их работы должны удовлетворять следующим требованиям:
•нижняя часть электрической машины, находящаяся под настилом, должна быть водозащищенной; если нижняя часть электрической машины находится в специальном сухом отсеке или защищена от попадания воды водонепроницаемым фундаментом, она может быть каплезащищенной. Во всех случаях следует предусмотреть устройство сигнализации о повышении уровня воды в отсеке;
•главные двигатели и генераторы нужно устанавливать на общей фундаментной раме или судовом наборе, оси их располагают параллельно диаметральной плоскости судна;
•при стартерном пуске главных двигателей допускается использование главных генераторов или возбудителей, находящихся на общем валу с дизелями, в качестве электродвигателей;
•электрические машины должны иметь хорошую вентиляцию.
Вентиляция гребных электродвигателей в связи с их тихоходностью должна быть принудительной. Воздухопровод на выходе из машины снабжают термометром для замера температуры,отходящего воздуха. При повышении температуры электрических машин сверх допустимой следует включать автоматическую звуковую и световую сигнализацию.
Во избежание отсыревания обмоток электрических машин во время их бездействия необходимо иметь подогреватели для поддержания температуры внутри машины на 2—3° выше температуры окружающей среды; для исключения блуждающих токов в корпусах электрических машин один из подшипников изолируют от фундамента.