11830吊舱式电力推进装置的应用

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6脉冲推进变频器 (ACS600, 690 V , 2 510 kVA , 2 196 A ,水冷却 ) ,采用直接转矩控制 (DTC)电机控 制方式 ,不需要速度反馈 ,响应时间快 。带刹车电阻 箱 (ACA622)和程序应用控制箱 (AC800) ,刹车功率 为 300 kW ,最大 400 kW ,以实现反向快速制动和速 度参考值管理 、功率限制控制等功能 。 3. 3 5次谐波滤波器
上海造船 2007年第 1期 (总第 69期 )
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(ACS600W ) 、1套 5次谐波滤波器和 1 套紧凑型吊 舱式推进装置 (Azipod)组成 。 3. 1 中心电站
中心电站设有 3台主柴油发电机组 (每台机组 功率为 1 800 kW , 1 000 r/m in, 690 V , 50 Hz) , 1 台 停泊柴油发电机组 (机组功率为 600 kW , 1 000 r/ m in, 690 V , 50 Hz) 。主柴油发电机组既供推进电机 等动力系统的用电 ,又供船舶日常用电 。 3. 2 6脉冲推进变频器
电力推进的形式可以分为三种 :轴桨推进 ,舵桨 推进 ( Z型推进 )和吊舱式推进。其中轴桨推进的变 速电动机与螺旋桨轴连接 ,适用于船舶所需的推进功 率比较大 ,超出了舵桨推进能提供的功率范围 。舵桨 推进的推进电机在舱内 ,推进器可以自由转动 ,能产 生任何方向的推力 ,但功率范围有限。吊舱式推进的 推进电动机在水下的吊舱内 ,无机械传动的机构 ,系 统可以自由转动 ,能产生任何方向的推力。功率范围 从 500~30 000 kW。
4 实施效果
(1)船体振动轻微 推进电机功率在 100%工况时 ,上层建筑的最
大振动速度为 1. 5 mm / s,振动频率为 2. 55 Hz;机舱 的最大振动发生在机舱内底 ,最大振动速度为 2. 2 mm / s,振动频率为 66. 67 Hz。
所有 测 点 的 振 动 速 度 均 远 小 于 ISO - 6954 (1984)商船船体振动的评价合格数值 9 mm / s,甚至 大大超过优秀标准 4 mm / s。舱室噪声指标全部达 到设计要求 。因此 ,本船完全适合水声测量 、重力测 量和磁力测量的作业要求 。
续航力和自持力 :常用航速下续航力为 10 000
n m ile;额定人员 80人情况下 ,船的自持力为 60天
本船可航行于南北纬 60度以内的世界各大洋
海域 ,在风力 12级的恶劣天气条件下 ,也可执行维
权巡航任务 。
2 电力推进
电力推进具有低噪声 、低振动 、低油耗 、低废气
第一作者简介 : 叶国泉 ,男 ,高级工程师 (研究员级 ) 。 1947 年生 , 1970 年上 海 交 通大 学 船 舶 动 力 系 毕 业 ,长期从事船舶设计工作 。
5次谐波滤波器 ( 400 V , 630 V , 2 ×175 kVA , 245 Hz, 谐波电流 450 A , RMS544A ) 由电容 、电抗 器 、接触器和热动继电器等组成 。滤波器不接地 ,分 支并联通过低压配电板供电 。其电容容量和电抗感 应系数的选择是关键 ,必须使滤波器达谐振频率时 , 具有低阻抗的谐振电路 ,从而使绝大部分谐波电流 由调谐滤波器吸收 。 3. 4 紧凑型吊舱式推进装置 3. 4. 1 主要技术参数
formance of the ship equipped w ith Azipod, the technical advantage of the electrical p ropulsion is discussed.
Key words: electrical p ropulsion; Azipod p ropulsion system; ship performance; system integration
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叶国泉等 :吊舱式电力推进装置的应用
( 3 )发电机起动命令 为了控制发电机的起动 /停止命令 ,每台发电机 都将按照先后顺序排列 。处于排列第一的发电机经 常处于运行状态 。每台发电机的顺序排列是随时可 以修改的 。 ( 4 )跳闸后重起动 当正在使用的母线跳闸后 ,起动顺序排列将输 出一个起动信号至所有可用的发电机 ,以恢复运行 。 ( 5 )最少发电机数量 操作人员可以预先设定所需的最少发电机的数 量 ,但数量可以随时修改 。 3. 6 转舵模块的安装 吊舱式电力推进装置是本船的核心设备 ,转舵 模块的安装更为重要 。ABB 公司根据本船的线形 及航速 ,设计了吊舱式推进装置的全回转转舵模块 。 要求船厂设计的基座结构不但应满足强度要求 ,安 装时还必须满足其对倾斜度 、调整度 、外斜度的特殊 要求 。 3. 7 谐波控制 本船最大的谐波电流源是电力推进系统 。谐波 将对电机产生振动 ,引起发热对电机带来危害 ,并将 影响通信电子设备的正常工作 。为确保电气设备的 使用安全可靠 ,必须将本船的 400 V 和 690 V 电网 的谐波限制在规范允许的数值内 。 经过综合经济分析和可靠性的论证 ,本船每套 电力 推 进 驱 动 器 由 1 套 6 脉 冲 推 进 变 频 器 (ACS600W ) 、1套 5次谐波滤波器和 1 套紧凑型吊 舱式推进装置 (Azipod)组成 。采用 6 脉冲变频器 , 不需要推进变压器 ,既节约了设备成本 ,也不需要考 虑推进变压器的瞬时起动峰值电流 。虽然其谐波干 扰比 12脉冲变频器大 ,但通过优化“发电机电抗 ”、 “输配电系统中使用谐波滤波器 ”等技术 ,可简易 、 经济有效地改善谐波干扰 。特别是在本船的推进功 率不是很大 ,而要求又不很高的场合上使用 ,可达到 事半功倍的效果 。 为杜绝其他用电设备可能引起的谐波干扰 ,船 厂对电缆敷设严格按如下要求操作 : (1)动力电缆与信号电缆分束 ;
推进电动机最大额定功率 (每台 ) : 1 860 kW ,
690 V 螺旋桨 :定距 , 4叶 ,镍铝青铜 ,桨叶直径 2. 5 m 转速范围 : 0~293 r/m in,最大转速 316 r/m in
3. 4. 2 组成 吊舱式推进装置由转舵模块 、支撑模块 、电机模
块和螺旋桨组成 。 ( 1 )转舵模块由功率传输单元 、转舵单元和安装
7. 8 m
百度文库
设计吃水
5. 0 m
设计排水量
约 3 420 t
结构吃水
5. 5 m
最大排水量
约 3 980 t
航速 :设计航速 18 kn (推进功率 2 ×1 700 kW
时 ) ,常用航速 14 kn (推进功率 2 ×823 kW 时 ) ,最
低航速不大于 0. 5 kn,无级调速
定员 : 80人 (船员 30人 ,调查科研人员 50人 )
1 前 言
由 708研究所设计 ,江南造船 (集团 )有限责任公
司建造的综合海洋监测船“中国海监 83”号是首艘由
我国自行设计的采用紧凑型吊舱装置的全电力推进
系统船舶 ,也是目前国内最大、设备最先进的综合海
洋监测船。其主要技术参数 :
总 长
98 m
垂线间长
86 m
型 宽
15. 2 m
型 深
(2) 690 V 电缆与 400 V 电缆分束 ; (3)每根电缆接地必须良好 。 经上述有效的技术措施 ,效果明显 。试航测试 报告显示 :发电机组 ( 1 800 kW ×3 + 600 kW )同时 工作 ,电站总负荷 4 140 kW , 690 V 电网的谐波值为 8. 6% (符合允许数值 10%以下 ) , 400 V 电网的谐 波值为 4. 3% (符合规范规定数值 5%以下 ) 。试航 中通信电子设备的工作正常 。
与螺旋桨固定在一起 ,电动机带有轴承 、轴封 。轴承 由 2个背靠背的球形滚珠推力轴承组成 ,由 1 个约 24 L的自润滑油箱提供推力轴承的润滑需求 。此 模块包括电动机 、刹车 、管系 、螺旋桨 。 3. 4. 3 控制方式
驾驶室 ———方位角操纵杆模式 ( 360°内都可得 到推进功率 ) ,巡航模式 (推力控制杆加主舵轮 ) ,遥 控方式 ,遥控备份控制
块组成 ,此模块位于船体的舵桨舱内。转舵单元由齿 轮箱和转舵电机组成。转舵速度 :巡航模式 6°/ s,机 动模式 12°/ s。安装块与船体的基座相连接 。
( 2 )支撑模块作为转舵模块与电机模块的连接 部件 。控制电缆 、管系和推进电机的电源线都位于
此模块内 。 ( 3 )电机模块将永磁同步电动机的输出轴直接
综合舵桨推进与吊舱式推进系统的投资成本 、安 装 、舱室布置、维修等因素 ,若总推进功率小于等于 6 600 kW ,采用舵桨推进为宜 ;反之 ,吊舱式推进装置 为佳 ,但其初投资高 ,且满载航行时增加传输损耗。
3 电力推进系统组成
本船的电力推进系统由中心电站和 2套推进驱 动器组成 。根据本船总体设计的要求及综合经济分 析 ,中心电站有 4 台 690 V 的柴油发电机组组成 ; 每套 推 进 驱 动 器 由 1 套 6 脉 冲 推 进 变 频 器
排放 、长时间低速航行 、机动性好 、冗余度大 、运行可 靠 、节省机舱空间等优秀性能 。海监船工作的特殊 性决定了载体的动力控位和机动操纵时间基本与行 驶操作时间相当 。因此 ,选择电力推进作为本船的 推进装置是最佳的设计方案 。
上世纪七八十年代 , AC /DC 整流器 (可控硅整 流器 )和 AC /DC变频器分别问世 ,变速变频技术的 发展使电力推进系统变得更加紧凑 、安全 、高效和经 济 ,随之 ,越来越多的船舶采用了电力推进系统 。
集控室 ———推力控制杆 舵桨舱 ———现场备份控制 3. 4. 4 推进控制软件 通过可编程逻辑控制器的推进控制软件 ,可提 供控制 、保护和监管推进系统的功能 ,此软件同时具 有功率限制功能 ,以防止电网的过载 。功率限制功 能包括推进功率 、刹车和转速限制 。 3. 5 功率管理系统 通过功率管理系统 ( PM S)可选择发电机组投入 运行的数量 ,以达到最佳的经济效率 。 PM S用于根 据功率需求和预防电网跳闸故障时 ,控制和监控发 电机组 。 PM S适用于管理与母线分离的整套运行 设备 ,同时也适用于管理跳闸后建立的整套运行设 备 。ABB 功率管理系统是基于最现代化的 ABB 控 制平台 ,采用 Advant控制器 。 PM S的软件被分开成 单独的控制器 ,以达到所期望的安全标准 。 PM S有 遥控 、现场控制两种操作模式 。 PM S有以下主要功能 : (1)平衡 /不平衡负载分配 负载分配系统用以使柴油发电机组相互之间的 负荷平均分配 。只要使用增加 /减少的命令 ,即可进 行自动负载分配修正 。 ( 2 )非重要用电设备的三步脱扣 电网运行时 ,若负荷高于设定的数值 ,将自动脱 扣正在电网上运行的非重要的用电设备 ,首先脱扣 耗电量最大的设备 。在短时间延迟后 ,若负荷依旧 过高 ,将重复此步骤 。整个步骤将重复三次 ,直至负 荷被充分减少 。
( 2 )操纵性极佳 航速 18 kn时的回转直径约 260 m ,回转直径与 船长之比值为 2. 63。低速时 ,可原地回转 。试航时 实测 ,从全 速前 进变 为 全 速 后 退 , 仅 前 进 0. 43 n m ile。 ( 3 )低速航行可靠性好 本船能长时间以 0. 5 kn速度航行 ,可满足海洋 专业调查的需要 ,适用于多波束调查地质地貌的操 作要求 。 ( 4 )冗余度大 推进动力系统有足够的冗余度 ,推进系统不易 受到单个设备故障的影响 。 ( 5 )低油耗 据估算 ,本船的吊舱式电力推进系统与常规推 进系统相比 ,燃油可节约 10% ~15%。 ( 6 )航行经济性好 航行时 ,功率管理系统 ( PM S)可选择发电机组 投入运行的数量 ,以达到最佳的经济效率 。
吊舱式电力推进装置的应用
叶国泉 , 沈林涛 (江南造船 (集团 )有限责任公司 , 上海 200011)
摘要 : 详尽介绍了全回转舵桨合一 、吊舱式电力推进的性能及电力推进系统的组成 ,并结合我国首艘成功采用吊舱 式电力推进装置船舶的实施效果 ,阐述了电力推进技术的先进性 。 关键词 : 电力推进 ; 吊舱式推进系统 ; 装船效果 ; 系统组成 中图分类号 : U664. 3 文献标识码 : B 文章编号 : 100529962 (2007) 0120019203 Abstract: This paper introduces the function and composition of Azipod Electrical Propulsion System. Based on the per2
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