Энергетические установки плавучих доков

Все плавучие доки (за редким исключением) полностью электрифицированы и получают необходимую электроэнергию либо от собственной, либо от береговой электростанции. Вопрос о том, дать ли плавдоку собственную энергетическую установку или только установить станцию ​​для получения электроэнергии с берега, решает организация, дающая заказы на проектирование дока. Электростанции плавучего дока могут при правильном использовании снизить потребление энергии.

Стоимость киловатт-часа электроэнергии, вырабатываемой на причале, намного выше, чем стоимость электроэнергии на берегу. Экономическая нерентабельность доковой электростанции обусловлена ​​многими вещами, особенно тем, что станция загружена на полную мощность всего 4-5% времени; в остальной период нагрузка не превышает 25-30%.

Рекомендуемая литература: Некоторые вопросы по эксплуатации плавучих доков

Для выбора числа и мощности генераторов, как и при проектировании кораблей, составляется таблица режимов работы доковой электростанции, а для расчета необходимых запасов топлива разрабатывается примерный план работ на заданную автономность.

В таблицу режимов работы силовой установки при условной ремонтной стыковке (с учетом зимних условий) должны быть включены следующие режимы):

• причальная стоянка без судов (подготовка к приему судов);
• привести судно в док или снять его с причала;
• причальная стоянка с судном, находящимся на ремонте;
• поверхность причала с размещенным на ней судном;
• буксировка юта в море;
• съемка дока с якорей при выходе в море.

Каждый режим следует рассматривать в двух вариантах: работа днем ​​и работа ночью (табл. 1).

Рассматривая особенности работы доковой электростанции, следует помнить следующее.

1. При составлении таблицы режимов, во избежание серьезной ошибки, следует проверять мощность, потребляемую насосами главного балласта, по аппроксимирующим кривым, гидравлические характеристики которых часто выбирают так, чтобы при низком давлении производительность насоса возрастала несколько быстрее, чем падение давления. Следовательно, номинальная мощность электродвигателя может быть превышена на 10-15 %, в результате этого при включении всего количества балластных насосов в процессе возобновления откачки приповерхностного дока (после откачки) временно остановлен по той или иной причине), может сработать автоматическое отключение генераторов.
2. Так как режимы максимального энергопотребления кратковременны (не более 2-3 часов) и пивоваренная бригада готовится к ним заранее, нецелесообразно при расчете мощности станции предусматривать некоторый запас мощности («холодный» запас) по сравнению с мощностью, потребляемой в максимальном режиме, так как при половине числа работающих насосов док еще можно откачать и аварийной ситуации не возникает.
3. При определении потребляемой мощности в режимах стыковки с судном необходимо обеспечить снабжение судна, стоящего в доке, электроэнергией, так как многие суда; в силу особенностей материальной части, в режиме стоянки они должны получать ток в количестве не ниже определенного значения.
4. Поскольку стояночные дизель-генераторы относятся к быстроходным дизель-генераторам с относительно небольшим ресурсом двигателя, рекомендуется предусмотреть установку двух парковочных дизель-генераторов на автономных доках во избежание частой замены дизелей.

Выбор тока и напряжения в сетях

Доки в основном снабжаются переменным током. Для снабжения стоящих на якоре судов постоянным током установлены преобразователи переменного тока в постоянный (или полупроводниковые выпрямители). Эксплуатационные преимущества переменного тока общеизвестны и нет необходимости останавливаться на выборе типа мощности для причальных энергоустановок.

Относительно определения напряжения в сетях отметим, что для электросети доков наиболее распространено напряжение 380 В; за границей, на крупных доках, 5000 В. В сети освещения обычно применяют напряжение 220 В, а в помещениях с повышенной влажностью — иногда 24 В. Для выбора напряжения в сети следует руководствоваться рекомендациями Регистра.

При выборе оборудования и приборов для получения электроэнергии с берега следует ориентироваться на напряжение высоковольтной сети в районе будущего причала. Это напряжение обычно составляет 6600 или 10 000 вольт; трансформаторы дока, он преобразуется в напряжение сети дока.

В некоторых заводских доках, расположенных в непосредственной близости от набережной (например, в Уддевале, Швеция), трансформаторные подстанции располагаются на набережной; на набережной только слаботочная сеть с минимальным пусковым и сигнальным оборудованием.

Для сварочных работ установлены многостанционные агрегаты, стали применяться селеновые выпрямители на токи до 5000 α при напряжении 65 вольт.

Выбор числа и мощности генераторов и рода их приводов

После установления требуемой мощности для каждого режима работы силовой установки дока выбирают количество генераторов и их мощность, руководствуясь следующими соображениями:

• генераторы должны быть загружены в каждом режиме не менее 50% (лучше 70-75%) номинальной длительной мощности;
• главные генераторные установки должны быть одного размера и типа (для простоты обслуживания и взаимозаменяемости запасных частей).

При решении вопроса, сколько генераторов и какого тока ставить на причал, можно принять следующие решения:

а) мощность доковой электростанции удовлетворяет потребность в электроэнергии на всех режимах с одним агрегатом в резерве;
б) мощность электростанции полностью удовлетворяет все потребности в электроэнергии, но без резерва при работе в максимальном режиме;
в) мощность станции выбирается из условия обеспечения длительного, но среднего по требуемой мощности режима; максимальная мощность и кратковременные режимы обеспечиваются береговой электростанцией;
г) на набережной установлен только один резервный генератор мощностью 50-70 кВт (на случай аварии на заводской подстанции).

Для автономных доков рекомендуются варианты «а» и «б» (вариант «б» наиболее рациональный). Варианты «в» и «г» можно рекомендовать только для неавтономных доков.

Иногда постоянный ток, необходимый для питания пришвартованных кораблей, может быть непропорционален мощности главных генераторов. Чтобы не увеличивать мощность силовой установки для пуска преобразователя с короткозамкнутым ротором, применяют индивидуальный пуск от генератора сопоставимой мощности. Компоновка главного распределительного щита (ГРЩ) выполнена одноплечевой, а генераторы отделены друг от друга и от распределительных секций автоматами (рис. 1).

Запуск инверторного электродвигателя осуществляется следующим образом: после пуска дизель-генератора включить демпфер поля и ручным регулятором установить номинальное напряжение 380 В, затем выключить демпфер возбуждения и включить инвертор автоматически (в данный момент инверторный двигатель еще не вращается, так как остаточное напряжение слишком мало).

Рис. 1 Один плечевой щит. 1 — к преобразователю переменного тока в постоянный; 2 — к дизель-генератору №1; 3 — к дизель-генератору №2; 4 — к электростанции с берега; 5 — к стояночному дизель-генератору; 6 — потребительское питание

Затем включается переключатель демпфирования поля генератора, и при повышении напряжения в цепи инверторный двигатель начинает вращаться. Как только в генераторе установится номинальное напряжение, на инверторе устанавливается номинальная скорость и пуск прекращается. Затем дизель-генератор, от которого запускается преобразователь, может быть подключен к параллельной работе с другими генераторами, и в зависимости от нагрузки на станцию ​​в данный момент дополнительный генератор может быть остановлен.

Выбор станции для главных стыковочных генераторов крайне ограничен. Дизель-генераторные установки установлены на подавляющем большинстве современных доков. Крайне редки случаи установки турбогенераторов (например, на английском доке грузоподъемностью 50 000 тонн, расположенном в военно-морской базе на острове Мальта, установлены три турбогенератора по 1000 кВт и два дизель-генератора по 600 кВт) установлен).

Высоковольтная установка дока

Независимо от степени автономности проектируемого дока возможность получения питания с берега обязательна. Если ток, потребляемый доком (и стоящим в нем судном), не превышает 350-400 кВт, а расстояние между ГРЩ дока и пунктом приема электроэнергии на суше не превышает 100 м, то не требуется предусмотреть высоковольтную установку на причале, но можно напрямую получить ток 380 В.

Рекомендуемая литература: Конструкции и конструкция корпусов плавучих доков

Высоковольтная система обычно предназначена для обеспечения береговым питанием всех потребителей на причале и корабля, стоящего в доке. Иногда, однако, мощность получаемой с берега энергии ограничивается режимом стыковки с ремонтируемым судном, то есть режимом примерно вдвое меньше максимального (режим докового насоса) (см выше Выбор количества и мощности генераторов и тип их станций).

Высоковольтная система Dokken состоит из:

• мачты (столбы) для получения электроэнергии с берега,
• один или два понижающих силовых трансформатора,
• выключить устройство,
• кабельная линия, соединяющая мачту с трансформатором,
• кабельная линия, соединяющая энергопринимающую мачту с сушей (эта линия обычно прокладывается подводным кабелем).

Если расстояние между берегом и причалом небольшое, кабельную линию подвешивают на подвесках из стального троса.

Силовые трансформаторы и блок отключения устанавливаются в специальном помещении. На рис. 2 показана схема электростанции, работающей на переменном токе, с высоковольтной электростанцией с берега.

В состав установки входят следующие узлы:

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

К береговой приемной мачте подключены следующие кабели:

• кабель высоковольтный марки КРПД сечением 3×25 мм²;
• кабель марки НРШМ сечением 6/1×120 мм²;
• телефонный кабель от набережной до берега.

От мачты до трансформатора проложен кабель марки СБ сечением 3×25 мм², а от мачты до ГРЩ — кабель марки КРПП сечением ⅔×185 мм².

На трансформаторе установлено газовое реле, работающее от звукового сигнала. В случае пожара или аварии слив масла устраивают в засыпанном гравием маслосборнике под трансформатором. Указатель уровня масла и датчик наружной температуры расположены на баке трансформатора.

Выключатель ВНП-16 представляет собой обычный трехполюсный разъединитель кожухового типа со встроенными дугогасительными контактами, дугогасительной камерой со вставками из органического стекла и размыкающими пружинами.

Рис. 2 Схема высоковольтной установки. 1 — береговой выключатель от 10 000 В до 380 В; 2 — установка машины; 3 — сигнальные лампы; 4 — воет; 5 — реле дроссельной заслонки; 6 — трансформатор 10 000/400 В; 7 — выключатель нагрузки

Номинальное напряжение выключателя 10 кВ; номинальный ток 200А; ручное вождение. К корпусу выключателя крепятся три предохранителя типа ПК 10/50 с кварцевым наполнением.

Трос КРПД подвешен в стальном тросе, натянутом между причалом и береговой мачтой, причем трос плотно прикреплен к причальной мачте, а к береговой мачте прикреплен подвижно с помощью груза, регулирующего натяжение троса при движении дока. С доковой мачты питание с берега по кабелю поступает на клеммы выключателя ВНП-16 и через предохранители ПК-10/50 на трансформатор ТМ 50/10. От трансформатора энергия подается по кабелю на клеммы главного щита и с помощью автоматического выключателя РР и через воздушный выключатель АВ — на автоматы главного щита.

Питающий кабель защищен от короткого замыкания защитой береговой сети. Высоковольтные предохранители защищают трансформатор от межфазных коротких замыканий, а газовое реле, срабатывающее по звуковому сигналу, защищает от однофазных и витковых замыканий внутри трансформатора и одновременно от перегрузок.

Проникновение высокого напряжения на обмотку НН (при пробое высоким напряжением нейтрали НН) предотвращается заземлением на шкаф. Для предотвращения одновременной подачи тока на шины ГРЩ от дизель-генератора и высоковольтного трансформатора или от наземной сети 380 В в схеме ГРЩ предусмотрены промежуточные реле РП1 и РП2 и катушки управления выключателями АВ и АС.

Особые требования к помещениям высоковольтной установки

Помещение главного распределительного щита должно располагаться рядом с помещением трансформатора и соединяться с ним водонепроницаемой дверью. В этих комнатах двери открываются наружу и имеют внутренние замки. При наличии в этих помещениях иллюминаторов или окон следует установить на них решетки. Надпись на наружных дверях обязательна: «Высокое напряжение — опасно для жизни!» Плакаты и инструкции по технике безопасности должны быть размещены на видных местах в помещении.

Искусственная вентиляция помещений обеспечивает, чтобы летом температура наружного воздуха не превышала 10 °С.

В каждой секции КРУ предусмотрено место для установки переносного защитного заземления; он защищен от краски и имеет резьбовую проушину для крепления.

Все переключатели снабжены четкой индикацией положения «включено» или «выключено.

Токоведущие части должны быть окрашены:

• фаза А — желтым цветом,
• фаза В — зеленым цветом,
• фаза В — красным цветом.

Особое внимание следует уделить ограждению токоведущих частей (расстояние от токоведущих частей до ограждения должно быть не менее 50 см).

Для тушения пожара в помещении предоставляются сухие огнетушители и ящики с песком.

Размещение главных и вспомогательных механизмов

В зависимости от размеров дока, количества секций и мощности электростанции главные и вспомогательные механизмы размещаются в одном или двух машинных залах1, не считая помещения ГРЩ и трансформаторной подстанции, о которых говорилось выше.

Иногда в каждой секции, которая в данном случае полностью автономна.

Насосы в крупных доках с кольцевыми балластными трубами обычно располагаются с обеих сторон в виде сетки. В этих случаях приходится мириться с неизбежным усложнением устройства прокладки кабеля.

В машинных отделениях размещаются главные и вспомогательные (стояночные) дизель-генераторы, механизмы, приводящие в действие дизели (масляный, топливный и охлаждающий насосы), а также общедоковые насосы (пожарные, санитарные и др.). Пожарные насосы иногда располагаются в одном из помещений балластных насосов. Котлы размещены в отдельной котельной.

Будет интересно: Учет динамических факторов при определении дополнительных продольных сил на волнах

Все машинные отделения расположены на палубе безопасности (за исключением доков грузоподъемностью не более 300-400 тонн). На большом пирсе необходимо иметь бустерный насос в понтоне для охлаждения дизелей, так как всасывание насоса редко превышает 6 м.

Центральные посты управления (ЦПУ)

На подавляющем большинстве современных доков управление всплытием и затоплением дока сосредоточено в так называемой центральной диспетчерской (ЦПУ). Этот главный командный пункт расположен на верхней палубе в специальной рулевой рубке; на секционных доках количество ЦП равно количеству автономных секций, и при полной сборке дока один из ЦП становится ведущим.

Помещение ЦП представляет собой кабину с большим количеством окон на торцевых и внутренних стенах, имеющую отдельный вход. Офис дока и офис портовой охраны расположены в одной рулевой рубке. Ширина рубки центрального поста управления должна быть не менее чем на 0,8-1,0 м уже ширины верхней палубы в этом месте для обеспечения свободного прохода по палубе. Высота валки должна обеспечивать свободный проезд погрузочных кранов. Центральная диспетчерская должна быть обеспечена необходимым отоплением, освещением, вентиляцией и т д.

Центральный процессор содержит:

• дистанционное управление клинкетами балластной системы;
• мнемосхема с сигнальными лампочками, указывающими положение защелок (закрыта или открыта);
• пуско-остановочное управление главным и зачистным балластным насосами;
• указатели положения (креномеры, дифферентомеры и осадкомеры), а также устройства для индикации уровня воды в балластных помещениях;
• измеритель отклонения;
• громкоговорящий командный пункт связи;
• пост внутренней телефонной или громкой связи двусторонней связи с основными рабочими постами;
• единицы для обозначения нагрузки электростанции.

Капитан порта, контролирующий затопление дока, ставит судно в док, устанавливает его в док и откачивает, используя перечисленные выше оборудование и приборы, имеет возможность следить за положением дока и при необходимости , принять необходимые меры непосредственно на панели управления; или отдавать приказы по громкой связи.

Очевидно, что многие узлы и устройства сосредоточены в центральных постах управления дока, к которым подключаются всевозможные кабели, провода и трубы, поэтому при разработке рабочих чертежей желательно макетировать ЦП в натуральную величину, проверить удобство расположения приборов, кабельных трасс, проводов и труб.

Подъем или затопление дока можно автоматизировать.

Работа доковщика при подъеме или затоплении заключается в следующем:

1. инструментальное наблюдение за креном, дифферентом и прогибом дока при всплытии или затоплении;
2. манипулирование откачкой воды из балластных пространств (или их затоплением) путем выхода на крен, дифферент и отклонение на заданные величины;
3. наблюдение за положением поставленного в док судна относительно ДП дока и его миделя;
4. привести судно в нужное положение относительно причала.

За счет автоматизации работы инклинометра, дифферента, дифферента, указателей уровня воды в балластных помещениях и клинкера в балластной системе капитан дока может быть полностью освобожден от первых двух задач.

Несколько сложнее конструктивно задача автоматизации постановки стоявшего на якорь судна в док и регулирования его положения в процессе стоянки в доке. Для начала представляется целесообразным ограничиться автоматизацией подъема и затопления дока.

Аналогичный док грузоподъемностью 28 000 тонн с автоматизированным процессом спуска и подъема был построен в 1954 году для Гетаверке. При достижении заданной тяги и распределения балласта автоматика перекрывает клинкер балластной системы и прекращает дальнейшее поступление воды в помещения.

Котельные установки

Необходимым элементом энергетики дока является котельная. Пар используется для обогрева жилых и служебных помещений на набережной; а также пришвартованных судов, подогрев цистерн (в т.ч сточных), обогрева или продувки забортных отверстий и т д. В ряде случаев пар используется для питания опреснительных установок (на автономных доках) и котельных.

Для определения потребности в паре необходимо составить баланс расхода и таблицу режимов работы причальной котельной как в летнее, так и в зимнее время; после разработки таблицы режимов определяется количество котлов и паропроизводительность каждого. При определении необходимой паропроизводительности доковой установки (с учетом климатических условий) можно воспользоваться данными табл. 2.

В связи с особенностями работы доковых котельных следует учитывать невозможность полного сбора конденсата в горячем боксе: негерметичность не менее 10-15 %. Пришвартованные суда обычно не имеют устройств возврата конденсата, необходимо иметь переносные конденсатные насосы и гибкие шланги для отвода конденсата в горячий бокс среди докового оборудования.

Возврат конденсата в док особенно важен для автономных доков. Так для причала грузоподъемностью 4000 т возврат конденсата означает экономию котловой воды не менее 1-1,5 т в сутки, если принять снижение утечек пара на 7-8% вместо 10-15% , что указано выше.

Давление пара в доковых котлах обычно не превышает 8-10 кг/см², если не установлены турбокомпрессоры или парогенераторы.

Компрессорные и электросварочные доковые установки

Подача сжатого воздуха на шлифовальную деку требуется как в ремонтных доках, так и в доках для осмотра и покраски.

Производительность компрессорной установки определяется количеством одновременно работающих пневмоинструментов, указанным заказчиком. Для первого подхода можно использовать информацию о построенных доках, табл. 3.

Обычно в доках устанавливается не менее двух компрессоров низкого давления (6-8 кг/см²) на случай отказа одного из них.

Наряду с компрессорными установками обязательной принадлежностью современных доков являются электросварочные аппараты. Мощность электросварочной системы дока зависит от количества сварщиков, которые могут одновременно работать на ремонтируемом судне. А это число, в свою очередь, зависит от длины рабочего фронта или, другими словами, от длины дока и высоты башен. В первом приближении действующие нормы для сварочных аппаратов в зависимости от длины дока можно получить из табл. 4.

Многие заводские доки помимо электросварочного агрегата имеют газорезательное и сварочное оборудование. Трубопроводы для ацетилена и кислорода с переключающей арматурой проложены вдоль дока по внутренней стороне башен. Эти трубопроводы соединены с трубопроводами на суше с той же целью, и по ним док получает ацетилен и кислород с суши. Крупные доки часто имеют собственные ацетиленовые установки (или газогенераторы).

Весовые характеристики

Вес силовой установки плавучих доков без опор обычно составляет от 10 % (для мелководных доков) до 5 % (для доков грузоподъемностью 60 000 т) от веса металлического корпуса.

См также: Расчеты прочности плавучих пирсов при спуске на воду, стыковке и самостыковке

В связи с тем, что установка обычно состоит из дизель-генераторов с частотой вращения в диапазоне 300-1000 об/мин, вес доковой электростанции составляет 0,3-0,12 т на 1 кВт, включая котельную и компрессорную установки.