Propulsia electrica a navei

PROPULSIA ELECTRICA A NAVEI

A. PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE SI ELEMENTELE COMPONENTE

La sistemul clasic de propulsie al navelor, elicea este pusa in miscare direct, prin intermediul liniei axiale, de catre motorul principal.

Aceasta poate fii un motor diesel lent sau rapid, in doi sau patru timpi, o turbina cu aburi sau cu gaze, ori o masina alternativa cu aburi cu pistoane.

In cazul propulsiei electrice, elicea este pusa in miscare de catre un motor electric, care poate fii de curent continuu sau alternativ(sincron sau asincron). Motorul electric este alimentat cu energie de la centrala electrica de forta a navei. Centrala de forta cuprinde;

-agregatele principale, compuse din motoarele primare si generatoarele electrice principale;

-tablourile principale de distributie cu sistemele de cuplare-decuplare la reteaua de forta si sistemele de masura, protectie si control;

-reteaua de forta cu conductoarele electrice care alimenteaza motorul electric s-au motoarele electrice (in cazul navelor cu doua sau mai multe elice).

Agregatele principale se deosebesc de agregatele auxiliare prin aceea ca ultimele produc energie electrica necesara alimentarii mecanismelor de bord: pompe, ventilatoare, compresoare. . . etc

Ca motoare primare, in general, se folosesc motoarele diesel, de unde propulsia diesel-electrica, si turbinele cu gaze sau cu abur, ce formeaza propulsia turbo-electrica.

In cazul propulsiei diesel -electrica, fata de propulsia clasica, se face o dubla transformare a energiei;energia mecanica in energie electrica, prin sistemul motor -generetor, si apoi la axul portelice, energia electrica in energie mecanica prin intermediul motorului electric care actioneaza elicea .

Daca la sistemul clasic de propulsie, randamentul in fct de putere variaza intre 𝜼=(95. 5:98%), in cazul actionarii electrice cu motoare de curent alternativ, randamentul in fct de putere are limitele =87:94%, iar in cazul actionarii electrice cu motoare de curent continuu de puteri sup 2000CP, randamentul variaza intre =(80-85 %), iar pentru puteri mai mari, =(89:90%).

B. DOMENIUL DE FOLOSIRE A PROPULSIEI ELECTRICE

In general, propulsia electrica se foloseste la navele care necesita o mare capacitate de manevra, ca:nave de stins incendiu, salupe de port, bacuri, remorchere de manevra, nave s-au remorchere salvatoare etc; sau la navele la care puterea mecanismelor auxiliare este apropiata de cea a agregatelor principale de propulsie, cum sunt navele tehnice:drage, aspiratoare, drage cu cupe, macarale plutitoare etc.

Propulsia electrica se mai foloseste la navele de pescuit, la spargatoarele de gheata si la navele ce naviga in apele polare, care, de asemenea, necesita o mare manevrabilitate. In ultimul timp s-a trecut la montarea sistemelor de actionare electria a elicelor, la navele comerciale, tocmai pt faptul ca se preteaza la un grad foarte ridicat de automatizare, chiar de 100%.

C. AVANTAJELE PROPULSIEI ELECTRICE

Comparativ cu propulsia clasica, propulsia electrica, indiferent de tipul motoareler primare de actionare a generatoarelor principale are urmatoarele avantaje:

-posibilitatea folosirii motoarelor primare reapide nereversibile (motoare diesel, turbine cu gaze s-au cu abur). Acest lucru duce la micsorarea gabaritelor cat si a greutatii, a instalatiilor agregatelor principale fata de propulsia clasica, unde in general, se folosesc moatoare lente de gabarite si greutati mari. de asemenea dispar mecanismele de inversare a sensului de rotatie, iar volumul de munca in cazul reparatiilor scade foarte mult;

-obtinerea puterii instalate, de la mai multe agregate motor primar-generator, care pot lucra independent si furnizeaza energie electrica la un singur motor electric de actionare a elicei. Aceasta permite exploatarea instalatiei la un randament maxim si la viteze scazute a navei prin utilizarea unui numar mai mic de agregate din totalul celor instalate, iar capacitatea lor maxima, pt care si randamentul este maxim. De asemenea, la iesirea din functiune a 1-2 grupuri motor primar-generator, nava poate naviga in continua fara pierderi mari de viteza, deoarece puterea de propulsie depinde de cubul vitezei cu care nava,

-usurinta si rapiditatea inversarii sensului de rotatie a elicei(schimbarii sensului de mers)prin intermediul unor dispozitive simple de comutari electrice (inversarea polaritatii, la motoarele electrice de curent continuu, sau schimbarea a doua faze intre ele, la motoarele electrice de curent alternati);

-posibilitatea automatizarii intregii instalatii de propulsie, chiar in proportie de 100%, si folosirea comenzilor de la distanta, de pe puntea de comanda sau alt loc de pe nava. Aceasta permite o mare precizie si rapiditate in manevrarea navei, fiind de un real folos in cazul remorcherelor, a navelor salvatoare, a navelor de stins incendiu, a spargatoarelor de gheata;

_posibilitatea unei compartimentari optime a navei si instalarii compartimentului grupurilor diesel-generator in orice loc pe nava, tocamai datorita independentei ce exista intre aceste agregate si motoarele electrice ce actioneaza elicele. De asemenea, se scurteaza considerabil linia axiala si dispare necesitatea tunelului de protectie a acesteia;

-posibilitatea utilizarii generatoarelor principale pentru alimentarea mecanismelor auxiliare ale navei, iar la navele tehnice autopropulsate electric, chiar disparitia completa a grupurilor diesel-generator auxiliare;

-masurarea exacta si inregistrarea puterii consumate la diferite regimuri de viteza a navei, operatie ce se face mai greuin cazul propulsiei clasice;

-ofera avantajul folosirii unui domeniu larg de alegere a turatiei optime, pentru viteza navei de 100%, lucru deosebit de util in proiectarea elicelor navale;

-vibratiile navei in timpul mersului sunt mai reduse, fapt ce duce la imbunatatirea conditiilor de trai la bord, precum si a conditiilor de functionare a agregatelor si instalatiilor montate pe nava;

-in cazul propulsiei in curent continuu se pot folosii motoarele duble, adica doua rotoare pe acelasi ax cu elice, ce asigura o rezerva de 100% la iesirea din functiune a unui motor;

-executarea operatiior curente ale motoarelor principale, cat si a generatoarelor, fara scoaterea navei din exploatare sau chiarf in timpul navigatiei;

-posibilitatea standardizarii instalatiilor electrice prin folosirea prin cateva tipuri de agregate principale (motor primar-generator), motoare electrice de actionare a elicelor (pe game de puteri), tablouri generale de distributie a curentului si echipamentele electrice aferente.

D. DEZAVANTAJELE PROPULSIEI ELECTRICE

Daca se face o comparatie cu sistemul clasic de propulsie, cele mai importante dezavantaje sunt urmatoarele:

Sistemul de actionare electrica a elicei contine agregate si instalatii mai complexe;

-necesita personal de deservire cu calificare mai ridicata, iar volumul de munca al electricienilor este mai mare;

-pretul total al instalatiei este mai ridicat;

-randamentul global, la puterea si viteza nominala, este mai scazut;

-economicitatea functionarii instalatiei, la intreaga capacitate, este mai scazuta;

-la unele tipuri de nave, pentru aceiasi parametrii, greutatea instalatiei este mai ridicata decat la sistemul clasic. Aceasta se datoreaza greutatii suplimentare, prin montarea generatorilor principali si a motoarelor electrice de actionare a elicei, care nu compenseaza micsorarea de greutate prin instalarea mai multor motoare primare rapide in locul unui singur motor lent.

E. ALEGEREA CURENTULUI, A TENSIUNII SI A MOTOARELOR

Luindu-se in studiu datele obtinute de la navele care s-au construit pana in prezent si care s-au dotat cu instalatii de propulsie electrica, s-a ajuns la urmatoarele concluzii:

-navele care au o putere instalata de propulsie sub 3000Kw folosesc instalatii de curent continuu, iar camotoare primare principale, motoarele diesel semirapide sau rapide. Tensiunea la colectorul motorului electric de actionare a elicei treebuie sa fie de maxim V, conform regulilor R. N. R;

-la navele ce au puterea instalata de propulsie de la 3000Kw pana la 150000Kw, in general, se folosesc ca motoare primare principale turbinele cu abur sau gaze. In ultimul timp se folosesc si motoare diesel dar pt puteri sub 20000Kw.

Pt aceasta gama de puteri, instalatiile sunt de curent alternativ trifazat cu generatoare sincrone, iar motoarele electrice de actionare a elicei sunt motoare trifazate asincrone s-au sincrone, ultimele fiind cel mai des utilizate.

Tensiunea curentului trifazat, ce alimenteaza motoarele de actionare ale elicei, este sub 7500V , limita impusa de normele R. N. R. Circuitele de comanda si semnalizare au tensiunea de alimentare de maixim 20 V in curent continuu, si 380 V, in curent alternativ trifazat.

F. INSTALATII DE PROPULSIE ELECTRICA IN CURENT CONTINUU CU MOTOARE DIESEL

Aceste tipuri de instalatii se intalnesc la navele de capacitate mica. Motorul primar principal este numai de tipul motoarelor diesel semirapide sau rapide.

1 ACTIONAREA IN CURENT CONTINUU PRIN SISTEMUL GENERATOR-MOTOR ELECTRIC

Actionarea electrica a elecei in curent continuu, prin sistemul generator -motor electric, este sistemul cel mai des utilizat(fig 15. 1). Comanda turatiei motorului electric se face cu ajutorul generatorului (generatoarelor), cuplat in serie cu motrul electric.

In cresterea sau scaderea curentului de explicatie al generatorului creste sau scade tensiunea curentului produs de acesta, adica tensiunea de alimentare a motorului electric, ducand la crestearea sau scaderea turatiei motorului.

Motoarele MD1, MD2 si MD3, antreneaza generatoarele G1, G2, G3 care produc tensiunea de alimentare necesara motoarelor electrice M1 si M2, asezate pe acelasi ax cu elicea. Intrerupatorii bipolari K, normal deschisi, folosesc la cuplarea generatoarelor pe circuitele electrice b, c e.

Prin cuplarea circuitului a cu circuitul b, prin intermediul lui K1 si K2, K3 si a circuitului bcu circuitul c, fie prin K7, cand K8 se sunteaza, sau prin K8, sunt j7 se sunteaza, se alimenteaza motorul electric M2 sau M1.

In acest fel cele 3 generatoare de curent continuu se cupleaza in serie, cu unul dintre cele 2 motoare electrice.

Schema permite si cuplarea generatoarelor la reteaua bordului, cupland circuitele( a cu e) prin k1, k2si k3, si circuitul e cu reteaua de bord prin k9, k10 si k11. Circuitul electric care leaga ikn serie generatoarele si rotoarele motoarelor electrice se mai numeste si circuitul curentului principal.

In schema de principiului curentului secundar (fig 15. 2)se poate observa ca pe aceiasi axe cu generatoarele principale se afla excitatoarele Ex1, Ex2, Ex3, care sut tot generatoare de curent continuu cu excitatie in paralel, care asigura curentul continuu de excitatie a generatoarelor principaleG1, G2 si G3, cat si a motoarelor electrice de actionare a elicei, M1si M2. prin intrerupatoarele bipolare k6, k7 si k8 se pot cupla excitatoarele, fie la reteaua bordului, fie la barele de excitatie. Cu rezistenteler1, r2 si r3 se regleaza curentul de excitatie in bobinele de excitatie Ex1, Ex2si Ex3, ale excitatoarelorEx1, Ex2 si Ex3.

De pe barele de excitatie prin intermediul intrerupatoruluiI care joaca s rolul d inversare a sensului curentului de excitatie a generatoarelor si rezistenta variabila de reglaj a curentului Rexg, se alimenteaza bobinele de excitatie ale generatoarelor principale Exg1, Exg2si Exg3 inchizand si intrerupatoare bipolare k1, k2 si k3.
Tot de pe barele de excitatie, prin k4 sau k5, se alimenteaza bobinele de excitatie Exm2 sau Exm1 ale motoarelor electrice M2 si M1. Reglajul curentilor de excitatie ale motoarelor electrice se face cu rezistentele variabile Rm2 si Rm1.

In sistemul generator -motor electric rezistenta de reglaj al curentului de excitatie a generatoarelor Rexg este tocmai dispozitivul de comanda al turatiei elicei. Inversarea sensului de rotatie se face cu intrerupatorul bipolar I. Schimband pozitia lui de inchidere, se modifica si polaritatea curentului de excitatie, care duce la final la inversarea sensului de rotire a motorului M1 sau M2. Rexg si I se monteaza pe puntea de comanda sau alt loc de pe nava, de unde se face manevra navei. Gabaritele lor sunt mici, dat fiind puterea mica a curentului de excitatie ce reprezinta doar 1, 5-2, din puterea nominala a generatorului.

Avantajele sistemului de comanda prin generator-motor electric sunt urmatoarele:

Inversarea usoara si rapida a sensului de rotatie a arborelui port elice;

-reglajul lin si economic al turatiei motorului electric, de la valoarea 0 la turatia nominala;

-accelerarea rapida si economica a motorului electric, deci si a elicei, fara a folosii reostat de pornire la motorul electric;

-franarea rapida a elicei, prin deconectarea tensiunii curentului de excitatie a generatoarelor. In acest caz, motoarele electrice trec in regim de generator, debitand curent pe indusul generatorului cu care a ramas cuplat, totodata franandu-se rapid.