.

Энергетические установки плавучих доков

Все плавучие доки (за редким исключением) полностью электрифицированы и получают необходимую электроэнергию либо от своей, либо от береговой электростанции. Вопрос о том, придать ли плавучему доку собственную энергетическую установку, или установить лишь станцию приема электроэнергии с берега — решает организация, выдающая задание на проектирование дока. Энергетические установки плавучих доков, при корректном использовании могут сократить потребление энергии.

Стоимость киловатт-часа электроэнергии, выработанной на борту дока, значительно превышает стоимость береговой электроэнергии. Экономическая невыгодность доковой электростанции обусловлена многим, в частности тем, что станция загружена на полную мощность лишь 4—5% времени; в остальной период загрузка не превышает 25—30%.

Предлагается к прочтению: Некоторые вопросы по эксплуатации плавучих доков

Для выбора числа и мощности генераторов, как и при проектировании судов, составляют таблицу режимов работы доковой электростанции, а для подсчета необходимых запасов топлива разрабатывают примерный график работы в течение заданной автономности.

В таблицу режимов работы электростанции обычного ремонтного дока должны быть включены следующие режимы (с учетом условий зимнего времени):

  • стоянка дока без судна (подготовка к приему судна);
  • заводка судна в док или вывод его из дока;
  • стоянка дока с судном во время ремонтных работ;
  • всплытие дока с поставленным в него судном;
  • буксировка дока морем;
  • съемка дока с якорей во время перехода морем.

Каждый режим должен быть рассмотрен в двух вариантах: работа днем и работа ночью (табл. 1).

Учитывая специфику работы доковой электростанции, необходимо иметь в виду следующее.

  1. При составлении таблицы режимов, во избежание серьезной ошибки, следует проверить по паспортным кривым мощность, потребляемую главными балластными насосами, гидравлическая характеристика которых часто подобрана так, что при малых напорах производительность насосов возрастает несколько быстрее падения напора. Поэтому номинальная мощность электродвигателя может быть превзойдена на 10—15%, вследствие чего при включении полного числа балластных насосов в процессе возобновления откачки почти уже всплывшего дока (после того как откачку по каким-либо причинам временно прекратили) может произойти выброс автоматов отключения генераторов.
  2. Поскольку максимальные по потребляемой мощности режимы непродолжительны (не свыше 2—3 час.) и к ним доковая команда готовится заранее, нецелесообразно при расчете мощности станции предусматривать какой-либо запас мощности («холодный» резерв) сравнительно с мощностью, потребляемой в максимальном режиме, так как при половинном числе работающих насосов док все равно может быть откачан и аварийного состояния при этом не наступает.
  3. При определении потребляемой мощности в режимах стоянки дока с судном следует предусмотреть снабжение стоящего в доке судна электроэнергией, так как многие суда; в силу особенностей материальной части, в стояночном режиме должны получать электроэнергию в количестве не ниже какой-то определенной величины.
  4. Поскольку стояночные генераторы относятся к числу быстроходных дизель-генераторов, обладающих сравнительно малым моторесурсом, то в избежание частой смены дизелей рекомендуется предусматривать на автономных доках установку двух стояночных дизель-генераторов.
Таблица 1. Режимы нагрузки электростанции дока (для дневных режимов)
Потребители
электроэнергии
Установлен-
ная мощность,
квт
КПДcos φПотребляе-
мая мощ-
ность
Мощность в режиме
стоянка
без судна
стоянка
дока с
судном
съемка
с якоря
заводка
судна в
док
всплытие
квтква
(реакт.)
квтква
(реакт.)
квтква
(реакт.)
квтква
(реакт.)
квтква
(реакт.)
квтква
(реакт.)
1. Доковые средства
Балластные
насосы
5х800,890,88450241450241
Грузовые краны2х250,860,8658355835
Шпили3х360,80,813510290681351024534
Наружное
освещение
16161010121212
Компрессоры1х300,80,83728(37)(28)3728
Электросварочные
машины
400,80,550745074
2. Механизмы машинного отделения
Разные насосы,
вентиляция ма-
шинного отделе-
ния и т.д.
310,80,8392928 (11)21 (8)28 (11)21 (8)28 (11)21 (8)28 (11)21 (8)28 (11)21 (8)
3. Общедоковые потребители
Камбуз25252525252525
Внутреннее
освещение
25251515202020
Вентиляция80,80,8108108108108108108
Пожарные насосы3х280,890,889451(31)(16)(31)(16)(31)(16)(31)(16)
Прочие мелкие
потребители
2020(20)(20)(20)(20)(20)
Подача энергии
на докуемое судно
1007510075
Общая потреб-
ляемая мощность
92088
(187)
29
(81)
333
(395)
241
(265)
316
(347)
188
(196)
230
(292)
131
(155)
590
(621)
304
(312)
Коэффициент
одновременности
0,80,90,90,90,9
Потребляемая
мощность с
учетом коэффици-
ента одновремен-
ности
70
(150)
23
(65)
300
(360)
220
(240)
280
(360)
170
(180)
210
(260)
120
(140)
530
(560)
270
(280)
Средневзвешен-
ный cos φ
0,95
(0,91)
0,8
(0,82)
0,84
(0,85)
0,87
(0,88)
0,89
(0,9)

Выбор тока и напряжения в сетях

На доках предусмотрен главным образом переменный ток. Для подачи стоящим в доке судам постоянного тока устанавливают преобразователи переменно-постоянного тока (или полупроводниковые выпрямители). Эксплуатационные преимущества переменного тока общеизвестны и останавливаться на вопросах выбора рода тока для доковых энергоустановок нет необходимости.

Переходя к определению напряжения в сетях, отметим, что для силовой сети доков наиболее распространено напряжение 380 в; за границей на больших доках иногда применяют 5 000 в. В осветительной сети обычно применяют напряжение 220 в, а в помещениях с повышенной влажностью — иногда 24 в. Для выбора напряжений в осветительной сети следует придерживаться рекомендаций Регистра.

Читайте также: Ремонт трубопроводов и арматуры

При выборе оборудования и аппаратуры для приема тока с берега следует ориентироваться на напряжение высоковольтной сети в районе будущей стоянки дока. Это напряжение обычно равно 6 600 или 10 000 в; доковыми трансформаторами оно трансформируется на напряжение доковой силовой сети.

На некоторых заводских доках, стоящих в непосредственной близости от набережной (например, в Уддевала, Швеция), трансформаторные подстанции вынесены на набережную; на доке имеется лишь низковольтная сеть с минимальной пусковой и сигнальной аппаратурой.

Для сварочных работ устанавливают многопостовые агрегаты, причем начали использовать селеновые выпрямители на токи до 5 000 α при 65 в.

Выбор числа и мощности генераторов и рода их приводов

После того как установлена потребная мощность при каждом режиме работы энергетической установки дока, выбирают число генераторов и их мощность, руководствуясь следующими соображениями:

  • генераторы должны быть загружены при каждом режиме не менее чем на 50% (желательно — на 70—75%) своей номинальной длительной мощности;
  • главные генераторные агрегаты должны быть одинаковы по мощности и типу (для простоты ухода и взаимозаменяемости запасных частей).

При решении задачи, сколько генераторов и какой мощности следует поставить на доке, могут быть приняты следующие решения:

а)мощность доковой электростанции полностью удовлетворяет потребность в электроэнергии при любом режиме, при этом один агрегат в резерве;
б)мощность электростанции полностью удовлетворяет все нужды в электроэнергии, но без резерва при работе в максимальном режиме;
в)мощность станции выбрана из условия обеспечения продолжительного по времени, но среднего по потребной мощности режима; максимальные по мощности и непродолжительные по времени режимы обеспечиваются за счет береговой электростанции;
г)на доке устанавливают только один стояночный генератор мощностью 50—70 квт (на случай аварии заводской подстанции).

Варианты «а» и «б» рекомендуются для автономных доков (вариант «б» наиболее рационален). Варианты «в» и «г» могут быть рекомендованы лишь для неавтономных доков.

Иногда мощность постоянного тока, требующаяся для подачи на суда, стоящие в доке, может соизмеряться мощностью главных генераторов. Чтобы для запуска преобразователя с короткозамкнутым ротором не увеличивать мощность электростанции, применяют индивидуальный запуск от генератора соизмеримой мощности. Схема главного распределительного щита (ГРЩ) делается одноплечной и генераторы отделены один от другого и от распределительных секций автоматами (рис. 1).

Пуск электродвигателя преобразователя осуществляется следующим образом: после запуска дизель-генератора включают рубильник гашения поля и устанавливают ручным регулятором номинальное напряжение 380 в, после чего выключают рубильник гашения поля и включают автомат преобразователя (в этот момент электродвигатель преобразователя еще не вращается, так как остаточное напряжение слишком мало).

Одноплечевой щит
Рис. 1 Одноплечевой щит. 1 — к преобразователю переменно-постоянного тока; 2 — к дизель-генератору № 1; 3 — к дизель-генератору N° 2; 4 — к станции питания с берега; 5 — к стояночному дизель-генератору; 6 — питание потребителей

Затем включают рубильник гашения поля генератора и по мере нарастания напряжения в цепи электродвигатель преобразователя начинает вращаться. Как только в генераторе установилось номинальное напряжение, у преобразователя устанавливается номинальное число оборотов и пуск окончен. После этого дизель-генератор, от которого производится пуск преобразователя, можно подключить на параллельную работу с другими генераторами и, в зависимости от нагрузки станции в данный момент, лишний генератор можно остановить.

Выбор привода для главных доковых генераторов крайне ограничен. На подавляющем большинстве современных доков устанавливают дизель-генераторные агрегаты. Случаи установки турбогенераторов крайне редки (например, на английском доке подъемной силой 50 000 т, стоящем в военно-морской базе на о-ве Мальта, установлены три турбогенератора по 1 000 квт и два ди­зель-генератора по 600 квт).

Высоковольтная установка дока

Независимо от степени автономности проектируемого дока обязательна возможность приема электроэнергии с берега. Если потребляемая доком (и стоящим в нем судном) мощность не превышает 350—400 квт и расстояние между ГРЩ дока и точкой приема электроэнергии на берегу не превышает 100 м, не требуется предусматривать на доке высоковольтную установку, а можно непосредственно принимать ток напряжением 380 в.

Рекомендуется к прочтению: Конструкции и проектирование корпусов плавучих доков

Высоковольтная установка, как правило, предназначена для питания береговой электроэнергией всех потребителей на доке и докуемого судна. Однако иногда мощность принимаемой с берега энергии ограничивают режимом стоянки дока с ремонтируемым судном, то есть режимом, примерно в два раза меньшим максимального (режим откачки дока) (см. выше Выбор числа и мощности генераторов и рода их приводов).

Доковая высоковольтная установка состоит из:

  • мачты (колонны) приема тока с берега,
  • одного или двух понижающих силовых трансформаторов,
  • отключающего устройства,
  • кабельной линии, соединяющей мачту с трансформатором,
  • кабельной линии, соединяющей мачту приема тока с берегом (эта линия обычно выкладывается подводным кабелем).

Если расстояние между берегом и доком невелико, кабельную линию подвешивают на подвесках из стального троса.

Силовые трансформаторы и отключающее устройство установлены в специальном помещении. На рис. 2 дана схема действующей энергетической установки на переменном токе с высоковольтной станцией питания с берега.

В установку входят следующие узлы:

  • силовой трансформатор ТМ-560/10 с масляным охлаждением мощностью 560 квт;
  • выключатель типа ВНП-16 для включения и выключения токов нагрузки (не предназначенный для отключения токов короткого замыкания);
  • высоковольтный предохранитель типа ПК-10/10 для защиты трансформатора от токов короткого замыкания;
  • мачта для приема электроэнергии с берега.

К мачте приема с берега подключены следующие кабели:

  • высоковольтный кабель марки КРПД сечением 3 × 25 мм²;
  • кабель марки НРШМ сечением 6/1 × 120 мм²;
  • кабель телефонной связи дока с берегом.

От мачты к трансформатору проложен кабель марки СБ сечением 3 × 25 мм² и от мачты к главному распределительному щиту — кабель марки КНРП сечением ⅔ × 185 мм².

На трансформаторе смонтировано газовое реле, работающее на звуковой сигнал. На случай пожара и аварии под трансформатором предусмотрен сток масла в маслосборную яму с гравийным наполнением. На баке трансформатора помещен указатель уровня масла и дистанционный указатель температуры.

Выключатель ВНП-16 представляет собой обычный трехполюсный разъединитель рубящего типа с пристроенными дугогасительными контактами, дугогасительными камерами с вкладышами из органического стекла и отключающими пружинами.

Высоковольтная установка
Рис. 2 Схема высоковольтной установки. 1 — переключатель питания с берега с 10 000 в на 380 в; 2 — установочный автомат; 3 — сигнальные лампы; 4 — ревун; 5 — реле газовое; 6 — трансформатор 10 000/400 в; 7 — выключатель нагрузки

Номинальное напряжение выключателя 10 кв; номинальная сила тока 200 α; привод ручной. К раме выключателя пристроены три предохранителя типа ПК 10/50 с кварцевым наполнением.

Кабель КРПД подвешен к стальному тросу, протянутому между доковой и береговой мачтами, причем к доковой мачте трос закреплен наглухо, а к береговой — подвижно, при помощи груза, регулирующего натяг троса при подвижках дока. От доковой мачты питание с берега идет по кабелю на зажимы выключателя ВНП-16 и через предохранители ПК-10/50 — к трансформатору ТМ 50/10. От трансформатора энергия подается кабелем на зажимы ГРЩ и при помощи переключателя питания ПП и через воздушный автомат АВ — на машины ГРЩ.

От коротких замыканий подводящий кабель защищен защитой береговой сети. От междуфазных коротких замыканий высокого напряжения трансформатор защищают высоковольтные предохранители, а от однофазных и витковых замыканий внутри трансформатора и одновременно от перегрузки — газовое реле, работающее на звуковой сигнал.

Попадание высокого напряжения на обмотку низкого напряжения (при пробое высокого напряжения нулевой точки обмотки низкого напряжения) предупреждается заземлением на корпус. Чтобы предотвратить одновременную подачу питания на шины ГРЩ от дизель-генератора и высоковольтного трансформатора или от береговой сети напряжением 380 в, в схеме ГРЩ предусмотрены промежуточные реле РП1 и РП2 и управляющие катушки автоматов АВ и АС.

Особые требования к помещениям высоковольтной установки

Помещение главного распределительного щита должно быть расположено рядом с трансформаторным помещением и соединяться с ним водогазонепроницаемой дверью. В этих помещениях двери отворяются наружу и имеют внутренние замки. Если в указанных помещениях имеются иллюминаторы или окна, то на них следует установить решетки. На наружных дверях обязательна надпись: «Высокое напряжение — опасно для жизни!» Внутри помещений на видных местах следует разместить плакаты и инструкции по технике безопасности.

Искусственная вентиляция помещений обеспечивает в летнее время температуру, не превышающую температуру наружного воздуха более чем на 10° С.

В каждой секции распределительного устройства предусматривают место для установки переносного защитного заземления; оно защищено от краски и имеет барашек с резьбой для присоединения.

Все выключатели снабжают четкими указателями включенного или выключенного положения.

Токоведущие части следует окрашивать:

  • фазу А — в желтый цвет,
  • фазу Б — в зеленый цвет,
  • фазу В — в красный цвет.

Следует обратить особое внимание на ограждение токонесущих частей (расстояние от токонесущих частей до ограждения должно быть не менее 50 см).

Для тушения огня в помещении предусматривают сухие огнетушители и ящики с песком.

Размещение главных и вспомогательных механизмов

В зависимости от величины дока, числа секций и мощности энергоустановки главные и вспомогательные механизмы помещаются в одном или двух машинных помещениях1, не считая помещений ГРЩ и трансформаторной станции, о которых упоминалось выше.

Иногда в каждой секции, являющейся в таком случае вполне автономной.

Насосы на крупных доках с кольцевой схемой балластного трубопровода обычно размещаются по обоим бортам в шахматном порядке. В этих случаях приходится мириться с неизбежным усложнением схемы прокладки силового кабеля.

В машинных отделениях размещаются главные и вспомогательные (стояночные) дизель-генераторы, механизмы, обслуживающие дизели (масляные, топливные и охлаждающие насосы), а также общедоковые насосы (пожарные, санитарно-бытовые и т. п.). Пожарные насосы иногда размещаются в одном из отсеков балластных насосов. Котлы размещаются в отдельном котельном отделении.

Будет интересно: Учет динамических факторов при определении дополнительных продольных усилий на волнении

Все машинные отделения располагаются на палубе безопасности (исключение — доки подъемной силой не более 300—400 т). На крупном доке необходимо предусмотреть для охлаждения дизелей подкачивающий насос в понтоне, так как величина засасывания насосов редко превышает 6 м.

Центральные посты управления (ЦПУ)

На подавляющем большинстве современных доков управление всплытием и затоплением дока сосредоточено в так называемом центральном посту управления (ЦПУ). Этот главный командный пункт находится на топ-палубе в специальной рубке; на секционных доках количество ЦПУ равно количеству автономно работающих секций и, когда док работает в полностью собранном виде, один из ЦПУ становится главным.

Помещение ЦПУ представляет собой рубку с большим количеством окон на торцовых и внутренней стенках, имеющую отдельный вход. В этой же рубке размещены доковая канцелярия и помещение дежурного по доку. Ширина рубки ЦПУ должна быть не менее чем на 0,8—1,0 м уже ширины топ-палубы в этом месте, с тем, чтобы обеспечить свободный проход по палубе. Высота рубки должна позволить беспрепятственный проезд грузовых кранов. Рубка ЦПУ должна быть обеспечена необходимым отоплением, освещением, вентиляцией и т. д.

В ЦПУ размещены:

  • пульт дистанционного управления клинкетами балластной системы;
  • мнемоническая схема с сигнальными лампами указания положения клинкетов (закрыты или открыты);
  • управление пуском и остановкой главных и зачистных балластных насосов;
  • приборы-указатели положения (кренометры, дифферентометры и осадкомеры), а также приборы указания уровня воды в балластных отсеках;
  • прогибомер;
  • пост громкоговорящей командной связи;
  • пост внутренней телефонной или громкоговорящей двусторонней связи с основными рабочими постами;
  • приборы указания загрузки электростанции.

Докмейстер, управляя затоплением дока, вводом судна в док, установкой в доке и откачкой, пользуясь перечисленной выше аппаратурой и приборами, имеет возможность следить за положением дока и, в случае необходимости, принимать нужные меры непосредственно на пульте управления; либо отдавая приказания по громкоговорящей связи.

Очевидно, что в центральных постах управления доком сосредоточено множество приборов и аппаратов, к которым подведены всевозможные кабели, провода и трубы, поэтому при разработке рабочих чертежей желательно макетировать ЦПУ в натуральную величину, проверив удобство расположения приборов, трасс кабелей, проводов и труб.

Подъем или затопление дока можно автоматизировать.

Работа докмейстера при подъеме или затоплении сводится к следующему:

  1. наблюдение по приборам за креном, дифферентом и прогибом дока при всплытии или затоплении;
  2. манипулирование откачкой воды из балластных отсеков (или их затоплением) при достижении крена, дифферента и прогиба заранее определенных величин;
  3. наблюдение за положением вводимого в док судна относительно ДП дока и его миделя;
  4. приведение судна в нужное положение относительно дока.

Автоматизировав работу кренометра, дифферентометра, прогибомера, указателей положения уровня воды в балластных отсеках и клинкетов балластной системы, можно полностью освободить докмейстера от первых двух обязанностей.

Несколько более сложна конструктивно задача по автоматизации установки докуемого судна в доке и регулирование его положения в процессе становления в доке. На первых порах нам представляется целесообразным ограничиться автоматизацией подъема и затопления дока.

Подобный док грузоподъемностью 28 000 т, с автоматизированным процессом погружения и всплытия, выстроен в 1954 г. для Гетаверке. При достижении заданной осадки и распределения балласта автоматика перекрывает клинкеты балластной системы и прекращает дальнейшее поступление воды в отсеки.

Котельные установки

Необходимой составной частью энергетики дока является котельная установка. Пар расходуется на отопление жилых и служебных помещений дока; а также стоящих в доке судов, обогрев цистерн (в том числе — фекальных), обогрев или продувание забортных отверстий и т. п. В некоторых случаях пар идет на работу опреснительных установок (на автономных доках) и работу кипятильников.

Для определения потребности в паре следует составить баланс его расхода и таблицу режимов работы котельной установки дока как в летнее, так и в зимнее время; после разработки таблицы режимов определяют количество котлов и паропроизводительность каждого. При определении потребной паропроизводительности доковой установки (с учетом климатических условий) можно пользоваться данными табл. 2.

Таблица 2. Мощность паровых котлов доков
Подъемная сила дока, т1 5004 00011 00040 00060 000
Паропроизводительность котельной установки, т/час0,451,02,64,08,0

Вследствие особенностей работы доковых котельных установок следует считаться с невозможностью полного сбора конденсата в теплый ящик: утечка составляет не менее 10—15%. Докуемые суда не имеют, как правило, приспособлений для возврата конденсата, приходится предусматривать в числе докового снабжения переносные конденсатные насосы и гибкие шланги для слива конденсата в теплый ящик.

Возврат конденсата на док особенно важен для автономных доков. Так, для дока подъемной силой 4 000 т возвращение конденсата означает экономию котельной воды не менее 1—1,5 т в сутки, если принять снижение утечек пара 7—8% вместо 10—15%, как было указано выше.

Давление пара в доковых котлах обычно не превосходит 8—10 кг/см², если не предусматривается установка турбо или парогенераторов.

Компрессорные и электросварочные доковые установки

Подача сжатого воздуха на стапель-палубу является обязательной как на ремонтных доках, так и на доках для осмотра и окраски.

Производительность компрессорной установки определяется количеством одновременно работающих пневматических инструментов, задаваемых заказчиком. Для первого приближения можно пользоваться сведениями по построенным докам, табл. 3.

Таблица 3. Компрессорные установки доков
Подъемная сила дока, т5 000 и менее18 00030 00040 00060 000
Общая производительность доковой компрессорной
установки, м3/час
700-8002 3001 5001 2001 850

Обычно на доках устанавливается не менее двух компрессоров низкого давления (6—8 кг/см²), на случай выхода одного из них из строя.

Наряду с компрессорными установками обязательной принадлежностью современных доков являются электросварочные машины. Мощность электросварочной установки дока зависит от числа сварщиков, могущих одновременно работать на ремонтируемом судне. А это число, в свою очередь, является функцией от протяженности фронта работ, или, иначе говоря, от длины дока и высоты башен. В первом приближении нормы мощности сварочных машин в зависимости от длины дока можно принять по табл. 4.

Таблица 4. Количество сварщиков на ремонтных доках
Длина дока, мКоличество одновременно
работающих сварщиков
До 756-10
75-10010-14
100-15012-15
150-20015-18
200 и более20-25

На многих заводских доках, в дополнение к электросварочной установке, предусматривается еще и оборудование для газовой резки и сварки. Вдоль дока по внутренним бортам башен прокладываются трубопроводы для ацетилена и кислорода с присоединительными кранами. Эти трубопроводы соединены с береговыми трубопроводами того же назначения и по ним док получает ацетилен и кислород с берега. На крупных доках зачастую предусматривают собственные ацетиленовые установки (или газогенераторы).

Весовые характеристики

Вес энергетической установки плавучих доков без запасов обычно составляет от 10% (для мелких доков) до 5% (для доков подъемной силой 60 000 т) веса металлического корпуса.

Смотрите также: Расчеты прочности плавучих доков при спуске на воду, постановке в док и самодоковании

Ввиду того, что установка обычно состоит из дизель-генераторов с числом оборотов в пределах 300—1 000 об/мин., вес энергоустановки доков составляет 0,3—0,12 т на 1 квт, включая котельную и компрессорную установки.

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Май, 16, 2020 55 0
Читайте также