×
20.02.2016
216.014.e925

Результат интеллектуальной деятельности: ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА СУДНА

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002575366
Дата охранного документа
20.02.2016
Аннотация: Изобретение относится к судостроению, в частности к электроэнергетическим установкам судов. Электроэнергетическая установка судна содержит главный первичный тепловой двигатель, преобразователи частоты, гребной электродвигатель, вспомогательный дизель-генератор, согласующий трансформатор, главный распределительный щит, вторичный распределительный щит, автоматические выключатели и потребители собственных нужд. На статоре гребного электродвигателя размещены изолированные друг от друга трехфазные обмотки. Трехфазные обмотки синхронного генератора через автоматические выключатели подключены к входам преобразователей частоты, выходы которых через автоматические выключатели подключены к статорным обмоткам гребного электродвигателя. Вспомогательный дизель-генератор через автоматический выключатель подключен к главному распределительному щиту, который через автоматические выключатели соединен с входом преобразователя частоты. Достигается повышение энергетической эффективности и увеличение коэффициента загрузки первичных тепловых двигателей. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Предложение относится к судостроению, в частности к электроэнергетическим установкам судов как гражданского, так и военно-морского флота для которых необходимо обеспечить питание гребного электродвигателя с широким диапазоном регулирования частоты вращения гребного винта и питание потребителей собственных нужд.

Известна конструкция единой судовой электроэнергетической установки (Григорьев А.В., Ляпидов К.С., Макаров Л.С. Единая электроэнергетическая установка гидрографического судна на базе системы электродвижения переменного тока // Судостроение, 2006, №4, с. 33-34), содержащая первичные тепловые двигатели, с которыми механически соединены синхронные генераторы переменного тока, трехфазные обмотки статора которых подключены к трехфазной линии главного распределительного щита. К шинам трехфазной линии главного распределительного щита подключены потребители собственных нужд и первичные обмотки трансформаторов, к вторичным обмоткам которых подключены входы преобразователей частоты, к выходам которых подключены гребные электродвигатели переменного тока. Недостатком известной установки является то, что гребные электроприводы, которые являются на судах с электродвижением основными потребителями электроэнергии, питаются не напрямую от главного распределительного щита, а через трансформаторы, что снижает К.П.Д. судовой электроэнергетической установки и повышает ее стоимость, массу и габариты. К недостаткам также относится искажение напряжения на шинах главного распределительного щита, вызванное работой преобразователей частоты, так как мощность гребных электроприводов может значительно превышать мощность потребителей собственных нужд.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранная в качестве прототипа судовая электроэнергетическая установка (МПК В 63Н 21/17, В63Н 23/24, Η02J 3/16, патент RU 2458819 (С1), Заявка: 2011107510/11, 25.02.2011, Васин И.М., Сеньков А.П., Токарев Л.Н., Судовая электроэнергетическая установка (варианты)). Известная установка содержит главные первичные тепловые двигатели, главные синхронные генераторы, главный распределительный щит, преобразователи частоты, гребные электродвигатели, аварийный дизель-генератор, аварийный распределительный щит, согласующие трансформаторы и потребители собственных нужд. На статоре каждого главного синхронного генератора размещены несколько изолированных друг от друга трехфазных обмоток, подключенных к раздельным шинам главного распределительного щита к которому также подключены выпрямители каскадных преобразователей частоты и согласующие трансформаторы потребителей собственных нужд. К выходу каскадных многоуровневых преобразователей частоты подключены гребные электродвигатели, а к шинам вторичного распределительного щита подключены аварийный и стояночный дизель-генератор. Технический результат такой конструкции обеспечивает повышение К.П.Д. и надежности судовой установки исключения трансформаторов между линиями главного распределительного щита и преобразователями частоты.

Недостатками известного прототипа является сложная структура системы распределения электроэнергии, сложная схемотехническая реализация преобразователей частоты, а также искажения напряжения на шинах главного распределительного щита вызванные работой преобразователей частоты. К недостаткам известной установки также можно отнести невозможность использования высокочастотного генераторного агрегата, так как шины главного распределительного щита должны быть рассчитаны на напряжение промышленной частоты 50 Гц для последующего питания потребителей собственных нужд.

Предлагаемая электроэнергетическая установка судна может быть построена с использованием высокооборотных безредукторных главных генераторных установок с выходным напряжением повышенной частоты. Электроэнергетическая установка судна помимо выполнения требований эксплуатационного характера позволяет:

обеспечивать потребители собственных нужд электроэнергией от главного первичного теплового двигателя в режимах движения судна;

обеспечивать регулирование частоты вращения гребного винта от вспомогательного теплового двигателя при сохранении питания потребителей собственных нужд обеспечивая швартовный режим и аварийный режим в случае отказа главного теплового двигателя;

обеспечивать большой диапазон регулирования частоты вращения гребного винта на малых частотах вращения без использования главного теплового двигателя;

улучшить массогабаритные характеристики, а также повысить надежность и живучесть энергетической установки;

улучшить виброшумовые характеристики электроэнергетической установки для режима работы при питании от статического источника тока и, как следствие, осуществить снижение шума излучаемого в воду при движении судна;

повысить экономичность энергоустановки и коэффициент загрузки первичных тепловых двигателей тем самым повысив их ресурс эксплуатации.

Описанные преимущества достигаются тем, что для управления гребным электродвигателем используются преобразователи частоты, которые можно использовать и для обеспечения питания мощных электроприводов и потребителей собственных нужд. Структура электроэнергетической установки судна построена таким образом, что для различных режимов работы энергетической установки используются различные варианты соединения элементов структуры таким образом, чтобы помимо выполнения требований технологического процесса между источником энергии и исполнительным агрегатом было минимальное число элементов, а используемый источник энергии загружался под номинальное значение и не работал вхолостую.

Электроэнергетическая установка судна, структурная схема которой представлена на фиг. 1, содержит главный первичный тепловой двигатель 1, механически соединенный с синхронным генератором 2, на статоре которого размещены изолированные друг от друга трехфазные обмотки, преобразователи частоты 3, 4, 5, 6, гребной электродвигатель 7, вспомогательный дизель-генератор 8, согласующий трансформатор 9, главный распределительный щит 10, вторичный распределительный щит 11, автоматические выключатели 12-23 и потребители собственных нужд 24. На статоре гребного электродвигателя 7 размещены изолированные друг от друга трехфазные обмотки, число которых равно числу трехфазных обмоток синхронного генератора 2, причем трехфазные обмотки синхронного генератора 2 через автоматические выключатели 12, 13, 14, 15 подключены к входам преобразователей частоты 3, 4, 5, 6, выходы которых через автоматические выключатели 16, 17, 18, 19 подключены к статорным обмоткам гребного электродвигателя 7. Вспомогательный дизель-генератор 8 через автоматический выключатель 20 подключен к главному распределительному щиту 10, который через автоматические выключатели 21, 22, 23 соединен с входом преобразователя частоты 6, с выходом этого же преобразователя частоты 6 и с первичной обмоткой согласующего трансформатора 9 соответственно, вторичная обмотка которого соединена с вторичным распределительным щитом 11, к которому подключены потребители собственных нужд 24.

Электроэнергетическая установка судна, структурная схема которой представлена на фиг. 2, содержит мощные электродвигатели пожарного насоса 25, осушительного насоса 26, лебедки 27 и прочих мощных потребителей, причем к выходу одного из преобразователей частоты 5 через индивидуальные автоматические выключатели 28, 29, 30 могут быть подключены электродвигатели пожарного насоса 25, осушительного насоса 26, лебедки 27 и прочих мощных потребителей.

Электроэнергетическая установка судна, структурная схема которой представлена на фиг. 3, содержит обратимый преобразователь частоты 31 и статический источник постоянного тока 32, причем к главному распределительному щиту 10 через автоматический выключатель 33 и обратимый преобразователь частоты 31 подключен статический источник постоянного тока 32.

Предлагаемая электроэнергетическая установка судна работает следующим образом. Предлагаемая структура обеспечивает четыре режима работы электроэнергетической установки, отличающихся способом передачи электрической энергии от главного первичного теплового двигателя 1, вспомогательного дизель-генератора 8, статического источника постоянного тока 32 к движителю - гребному электродвигателю 7 и потребителям собственных нужд 24:

режим хода судна;

режим полного хода судна с максимально возможной скоростью;

швартовный или аварийный режим работы;

малошумный режим работы.

Режим хода судна характеризуется снабжением всех потребителей судна гребного электродвигателя 7 и потребителей собственных нужд 24 от главного первичного теплового двигателя 1, выступающего в роли источника энергии. При этом механическая энергия от главного первичного теплового двигателя 1 преобразуется в синхронном генераторе 2 в электрическую энергию и через автоматические выключатели 12-15, преобразователи частоты 3-6, автоматические выключатели 16, 17, 18 поступает для питания гребного электродвигателя 7 и через автоматический выключатель 22, главный распределительный щит 10, автоматический выключатель 23 и согласующий трансформатор 9 для питания вторичного распределительного щита 11 и последующего питания потребителей собственных нужд 24. При необходимости подзарядки статического источника постоянного тока 32 электрическая энергия через автоматический выключатель 33, обратимый преобразователь частоты 31 поступает на его подзарядку. Преобразователи частоты 3, 4, 5 работают согласовано с регулированием параметров частоты, действующего значения и фазы выходного напряжения в зависимости от требуемой частоты вращения гребного электродвигателя 7, преобразователь частоты 6 работает, независимо обеспечивая стабилизацию частоты и действующего значения выходного напряжения питающего потребители, подключенные к шинам главного распределительного щита 10. Данный режим является наиболее частым и продолжительным режимом работы гребной электрической установки. По статистике считается, что самым продолжительным режимом движения судна является его движение со скоростью порядка 70-80% от максимально возможной. Таким образом, в данном режиме предлагается использовать главный генераторный агрегат, состоящий из главного первичного теплового двигателя 1 и синхронного генератора 2 не только для питания гребного электродвигателя 7, но и для снабжения электроэнергией потребителей собственных нужд 24.

В случае необходимости работы мощных электродвигателей во время движения судна, таких как пожарного насоса 25, или осушительного насоса 26, или лебедки 27, либо прочих мощных потребителей один из преобразователей частоты 5 может быть использован в качестве привода одного из этих механизмов. Тогда этот преобразователь частоты 5 отключается автоматическим выключателем 18 от гребного электродвигателя 7 и подключается к электродвигателям пожарного насоса 25, или осушительного насоса 26, или лебедки 27 с помощью автоматических выключателей 28, или 29, или 30 соответственно. Преобразователь частоты 5 работает с регулированием параметров частоты, действующего значения и фазы выходного напряжения в зависимости от требуемой частоты вращения электродвигателя пожарного насоса 25, или осушительного насоса 26, или лебедки 27, либо прочих мощных потребителей.

Режим полного хода судна с максимально возможной скоростью является долевым режимом работы и используется очень редко. Суть этого режима заключается в питании гребного электродвигателя 7 через преобразователи частоты 3, 4, 5, 6, работающие согласованно от главного первичного теплового двигателя 1 и синхронного генератора 2, выступающих в роли источника электроэнергии, при этом автоматические выключатели 12-19 включены, а автоматические выключатели 21, 22 выключены. Потребители собственных нужд 24 получают питание по цепи вспомогательный дизель-генератор 8, автоматический выключатель 20, главный распределительный щит 10, автоматический выключатель 23, согласующий трансформатор 9, вторичный распределительный щит 11 и потребители собственных нужд 24.

Швартовный или аварийный режим работы характеризуется питанием гребного электродвигателя 7 и потребителей собственных нужд 24 от вспомогательного дизель-генератора 8. Швартовный режим характеризуется небольшой частотой вращения и частыми реверсами винта, при этом питание гребного электродвигателя 7 идет по цепи вспомогательный дизель-генератор 8, автоматический выключатель 20, главный распределительный щит 10, автоматический выключатель 21, преобразователь частоты 6, автоматический выключатель 19, гребной электродвигатель 7. При этом потребители собственных нужд 24 получают питание по цепи дизель-генератор 8, автоматический выключатель 20, главный распределительный щит 10, автоматический выключатель 23, согласующий трансформатор 9, вторичный распределительный щит 11 и потребители собственных нужд 24. Аварийный режим работы характеризуется той же комбинацией и соединением элементов в случае выхода из строя главного первичного теплового двигателя 1.

Малошумный режим работы гребной электрической установки судна характеризуется питанием гребного электродвигателя 7 и потребителей собственных нужд 24 от статического источника постоянного тока 32. Данный режим работы отличается небольшими частотами вращения гребного электродвигателя 7 и исключением элементов, создающих посторонние шумы - главного первичного теплового двигателя 1 и вспомогательного дизель-генератора 8. При этом электрическая энергия от статического источника постоянного тока 32 через обратимый преобразователь частоты 31 и автоматический выключатель 33 поступает на шины главного распределительного щита 10 для питания потребителей собственных нужд 24 через автоматический выключатель 23 и согласующий трансформатор 9, а через автоматический выключатель 21, преобразователь частоты 6 и автоматический выключатель 19 для питания гребного электродвигателя 7. Обратимый преобразователь частоты 31 осуществляет стабилизацию частоты и действующего значения выходного напряжения питающего потребители главного распределительного щита 10, а преобразователь частоты 6 работает с регулированием параметров частоты, действующего значения и фазы выходного напряжения в зависимости от требуемой частоты вращения гребного электродвигателя 7.

Предлагаемая электроэнергетическая установка позволяет использовать высокочастотный генераторный агрегат, тем самым уменьшая массогабаритные характеристики всей электроэнергетической системы, а также использовать в качестве преобразователей частоты более простые и обладающие высоким К.П.Д. непосредственные преобразователи частоты.

Преимуществом данной электроэнергетической установки является повышение энергетической эффективности и увеличения коэффициента загрузки первичных тепловых двигателей электроэнергетической установки и, как следствие, экономия топлива, а также повышение ресурса элементов системы. К достоинствам предлагаемой системы также следует отнести простоту структуры, отсутствие искажений напряжения на шинах главного распределительного щита, вызванные работой силовых преобразователей частоты, улучшение массогабаритных и виброшумовых характеристик, а также повышение надежности и живучести электроэнергетической установки.


ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА СУДНА
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА СУДНА
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА СУДНА
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА СУДНА
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 111-120 of 179 items.
09.06.2018
№218.016.5ad2

Комбинированная энергетическая установка судна

Изобретение относится к судостроению, в частности к энергетическим установкам судов большой мощности как гражданского, так и военно-морского флота. Комбинированная энергетическая установка судна содержит гребные винты, гребной электрический двигатель, дизель-генератор, газотурбинные двигатели и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002655569
Дата охранного документа: 28.05.2018
09.06.2018
№218.016.5ae4

Способ и устройство освещения подводной обстановки

Изобретение относится к области морской техники и предназначено для освещения подводной обстановки. Предлагается способ освещения подводной обстановки, при котором производят поиск подводных объектов автономным необитаемым подводным аппаратом (НПА), оснащенным системой обнаружения цели при его...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002655592
Дата охранного документа: 28.05.2018
20.06.2018
№218.016.64ba

Автоматический регулятор магнитного поля подводного или надводного объекта

Автоматический регулятор магнитного поля подводного или надводного объекта содержит блок приема сигналов от навигационного комплекса, датчиков магнитного поля Земли или датчиков магнитного поля объекта, блок формирования алгоритма управления системы автоматического управления магнитным полем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658241
Дата охранного документа: 19.06.2018
28.06.2018
№218.016.685e

Гребная электроэнергетическая установка

Изобретение относится к силовым установкам на судах. Гребная электроэнергетическая установка содержит два тепловых двигателя, два трехфазных электрических генератора, два трехфазных двухполупериодных выпрямителя напряжения, два конденсатора звена постоянного тока, трехуровневые инверторы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658759
Дата охранного документа: 26.06.2018
28.06.2018
№218.016.6880

Электроэнергетическая установка судна

Изобретение относится к силовым установкам на судах. Электроэнергетическая установка судна содержит главный первичный тепловой двигатель, механически соединенный с синхронным генератором, на статоре которого размещены изолированные друг от друга трехфазные обмотки, преобразователь частоты,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658762
Дата охранного документа: 26.06.2018
06.07.2018
№218.016.6d1c

Многоуровневый выпрямитель напряжения

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники, в частности к статическим электрическим преобразователям переменного напряжения в постоянное напряжение. Целью изобретения является улучшение функциональных возможностей, повышение надежности при его работе, снижение веса,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002660131
Дата охранного документа: 05.07.2018
12.07.2018
№218.016.6fcd

Способ возбуждения внутренних волн в электропроводящих стратифицированных жидкостях

Изобретение относится к средствам экспериментальной гидромеханики, в частности к способам создания искусственного волнения внутри электропроводящей жидкости (волнопродукторам). Предложен способ возбуждения внутренних волн в электропроводящих стратифицированных жидкостях путем создания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002660766
Дата охранного документа: 09.07.2018
24.07.2018
№218.016.73f6

Судовая электроэнергетическая система переменного напряжения с турбогенераторами двух различных частот

Использование: в области электроэнергетики. Техническим результатом является существенное снижение по сравнению с прототипом расчетной полной мощности, следовательно, массы и габаритов преобразующих устройств в составе электросети низкого напряжения промышленной частоты, а также улучшение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002661902
Дата охранного документа: 23.07.2018
26.07.2018
№218.016.7541

Способ поиска подводных объектов подо льдом и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области морской техники и может быть использовано для поиска подводных объектов подо льдом. Устройство поиска подводных объектов подо льдом, содержащее корпус с закрепленным в нем парашютом, предназначенным для приледнения устройства, батарею, передатчик, приемник,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002662323
Дата охранного документа: 25.07.2018
26.09.2018
№218.016.8b7f

Узел соединения композитной лопасти с металлической ступицей гребного винта

Изобретение относится к области судостроения, а именно морских движителей, и может быть использовано в качестве движителя на судах различного назначения. Узел соединения композитной лопасти с металлической ступицей гребного винта включает в себя металлическую ступицу, прижимной диск,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002667999
Дата охранного документа: 25.09.2018
Showing 111-119 of 119 items.
27.12.2019
№219.017.f3cb

Однофазный преобразователь частоты

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники, в частности к статическим преобразователям частоты с двойным преобразованием электрической энергии. Технический результат - повышение качества синтезируемого выходного напряжения на нагрузке, уменьшение уровня пульсации и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002710361
Дата охранного документа: 26.12.2019
15.03.2020
№220.018.0c81

Электродвижительная установка транспортного средства с каскадным электрическим преобразователем

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Электродвижительная установка транспортного средства с каскадным электрическим преобразователем содержит систему управления, первичный тепловой двигатель, генератор переменного тока, автоматические выключатели,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002716609
Дата охранного документа: 13.03.2020
27.05.2020
№220.018.2103

Электродвижительная установка транспортного средства

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Электродвижительная установка транспортного средства содержит систему управления, источник постоянного напряжения, трехфазный инвертор напряжения, собранный на транзисторных полумостах и конденсаторах, тяговый...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002721864
Дата охранного документа: 25.05.2020
17.06.2020
№220.018.26f3

Однофазный выпрямитель напряжения

Настоящее изобретение относится к области электротехники и силовой электроники, в частности к статическим электрическим преобразователям переменного напряжения в постоянное напряжение и может быть использовано во вторичных источниках электропитания. Целью изобретения является расширение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002723438
Дата охранного документа: 11.06.2020
17.06.2020
№220.018.2743

Электродвижительная установка с каскадным электрическим преобразователем

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Электродвижительная установка транспортного средства с каскадным электрическим преобразователем содержит систему управления, первичные тепловые двигатели с генераторами переменного тока, автоматические выключатели,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002723514
Дата охранного документа: 11.06.2020
18.06.2020
№220.018.2798

Электродвижительная установка судна с несколькими гребными винтами

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Электродвижительная установка судна с несколькими гребными винтами содержит систему управления, генераторный агрегат, автоматические выключатели, выпрямители напряжения, инверторы напряжения и тяговые электродвигатели,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002723562
Дата охранного документа: 16.06.2020
21.06.2020
№220.018.28c1

Электродвижительный комплекс транспортного средства с каскадным электрическим преобразователем

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Электродвижительный комплекс транспортного средства с каскадным электрическим преобразователем содержит систему управления, первичные тепловые двигатели с генераторами переменного тока, автоматические выключатели,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002724019
Дата охранного документа: 18.06.2020
11.07.2020
№220.018.314c

Повышающий выпрямитель напряжения

Настоящее изобретение относится к области электротехники и силовой электроники, в частности, к статическим повышающим электрическим преобразователям переменного напряжения в постоянное напряжение, а также может быть использовано в составе двухзвенного преобразователя частоты с промежуточным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002726156
Дата охранного документа: 09.07.2020
12.04.2023
№223.018.4212

Движительная установка с каскадным электрическим преобразователем

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Движительная установка с каскадным электрическим преобразователем содержит систему управления, генераторный агрегат, автоматические выключатели, электрический преобразователь и тяговый электродвигатель. Автоматические...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002735189
Дата охранного документа: 28.10.2020
+ добавить свой РИД