船舶電站及其自動化裝置 課件 7 船舶軸帶發(fā)電機裝置

第七章船舶軸帶發(fā)電機裝置

船舶軸帶發(fā)電機（ShaftGenerator，簡稱SG）系統(tǒng)簡稱軸發(fā)系統(tǒng)或軸機系統(tǒng)，是由主機（ME）驅(qū)動軸帶發(fā)電機（SG），利用主機富裕功率發(fā)電饋送至船舶電網(wǎng)，以達到節(jié)能的目的。伴隨著經(jīng)濟全球化的發(fā)展，海運已經(jīng)成為最重要的運輸方式之一。進入21世紀以后，石油價格不斷上漲、化石燃料的枯竭和排放污染問題日益嚴重，節(jié)能減排的呼聲日益高漲。在船舶營運費用中，燃料費用約占50～60%，為了降低營運成本，國際航運界對于船舶節(jié)能的要求越來越強烈，世界各大航運企業(yè)在新造船舶上力求使設(shè)備的選型、組合更加經(jīng)濟合理。

索引第一節(jié)概述

（1）船舶節(jié)能是船舶設(shè)計和營運中的一項重要內(nèi)容。（2）利于能量綜合利用。（3）減少潤滑油消耗及副機維護保養(yǎng)費用。（4）使用交流軸帶發(fā)電裝置后，可以少設(shè)置柴油發(fā)電機組的臺數(shù)，從而節(jié)約了柴油發(fā)電機購置費用，改善了機艙工作環(huán)境。索引1.軸帶發(fā)電機的優(yōu)點節(jié)能第二節(jié)軸帶發(fā)電機分類及基本工作原理船用軸帶發(fā)電裝置就是由船舶主機通過變速裝置直接驅(qū)動一臺發(fā)電機發(fā)電，它有各種類型，根據(jù)船舶的種類、噸位、主機型式和主要動力裝置的選用情況等選用何種類型的軸帶發(fā)電裝置。根據(jù)螺旋槳形式不同，軸帶發(fā)電機可分為定距槳（FPP）和變距槳（CPP）軸帶發(fā)電兩種裝置。（1）變螺距螺旋槳（CPP）船舶軸帶發(fā)電裝置變距槳軸帶發(fā)電裝置適用變距槳船舶。無論舶舶是機動航行還是正常航行，變距槳主機轉(zhuǎn)速基本保持不變，軸帶發(fā)電裝置電壓頻率基本保持恒定，因此可以采用一般的船用交流發(fā)電機組，其工作原理及操作均比較簡單，但是在軸帶發(fā)電機和主軸之間需采用中間傳動機構(gòu)，以提高軸帶發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機體積不致太大。在船舶航行中，主機轉(zhuǎn)速恒定，軸帶發(fā)電裝置利用率近似為100%。由于主機與柴油機組的速度特性不一致，變距槳軸帶發(fā)電裝置不能與船舶柴油發(fā)電機組長時并聯(lián)運行。（2）定螺距螺旋槳（FPP）船舶的軸帶發(fā)電裝置當主機驅(qū)動定距槳時，隨著主機工況變化、轉(zhuǎn)速變化，軸帶發(fā)電機的轉(zhuǎn)速隨之變化，其電壓和頻率不能保持穩(wěn)定。為使軸帶發(fā)電機的頻率穩(wěn)定在允許的范圍內(nèi)，就必須配備自動調(diào)節(jié)裝置。當前經(jīng)常采用的是轉(zhuǎn)速補償裝置和頻率補償裝置。對于定距槳型軸帶發(fā)電裝置解決頻率不同的方式，歸納起來主要有：旋轉(zhuǎn)變流機組穩(wěn)頻型，行星齒輪傳動型，液力傳動型以及晶閘管（可控硅）整流—逆變器型。

2.2.2定距槳恒頻軸帶發(fā)電裝置（FPP+CF+S/G）

隨著電氣控制技術(shù)的發(fā)展，大功率晶閘管變流技術(shù)被應用到船舶軸帶發(fā)電裝置中。這種軸帶發(fā)電裝置由軸帶發(fā)電機和恒定頻率裝置CF組成，用于廣泛使用的定螺距槳的船舶上?，F(xiàn)在船舶中使用最廣泛的就是定距槳恒頻軸帶發(fā)電裝置。（2）可逆式晶閘管軸帶發(fā)電－電動裝置

可逆式晶閘管軸帶發(fā)電－電動裝置，如圖7-5所示，它是用晶閘管變流器實現(xiàn)電氣連接的一種較先進的軸帶發(fā)電－電動裝置。它利用主機廢氣加熱鍋爐，由廢氣透平發(fā)電機組T—G向電網(wǎng)供電。當負荷增加，T—G容量不夠時，軸帶發(fā)電機SG也同時向電網(wǎng)供電。當電力負荷減少，T-G有剩余功率時，SG作為電動機運行，吸收T—G部分功率，幫助驅(qū)動螺旋槳軸，以減少主機出力。

（1）軸帶發(fā)電機系統(tǒng)起動程序當船舶離港進入正常航行工況后，主機轉(zhuǎn)速達到要求時，可投入軸帶發(fā)電機系統(tǒng)。按以下步驟進行：①接通控制系統(tǒng)的電源；②檢查起動條件，當系統(tǒng)無故障報警和車鐘在大于最小轉(zhuǎn)速（＞75%額定轉(zhuǎn)速）位時，允許起動調(diào)相機（發(fā)出允許起動信號）；索引第三節(jié)AEG型軸帶發(fā)電機實例及運行原理3.1恒頻控制原理。為了達到恒壓目的，軸帶發(fā)電機系統(tǒng)必須提供無功功率來平衡電網(wǎng)的無功負荷，該裝置是采用一臺動態(tài)性能好，具有大功率晶體管自動電壓調(diào)整器的過激同步機來產(chǎn)生無功功率，它不僅提供了負載所需的無功功率，而且它提供逆變器及電抗器的無功功率。索引3.2恒壓原理軸帶同步發(fā)電機是一種他激式交流同步發(fā)電機，與普通同步發(fā)電機相反，它沒有設(shè)置阻尼繞組，因而具有較大的暫態(tài)電抗，以致定子電樞繞組中幾乎沒有高次諧波電流，這樣發(fā)電機的短路沖擊電流小。而且一旦發(fā)生過流，直流主電路中SCR關(guān)斷，不會造成整流器、逆變器的SCR（或二極管）損壞。索引3.4軸帶發(fā)電機外部短路電流的提供4.1定距槳恒頻晶閘管軸帶發(fā)電裝置運行操作1、軸帶發(fā)電裝置啟動當船舶離港進入正常航行工況后，主機轉(zhuǎn)速達到要求時，可投入軸帶發(fā)電機系統(tǒng)。由于有源逆變器需要有交流電源才能工作，且同步補償機由異步電動機拖動啟動，所以軸帶發(fā)電裝置必須在電網(wǎng)有電的情況下才能啟動。索引第四節(jié)軸帶發(fā)電機運行操作和注意事項

索引軸帶發(fā)電裝置的啟動流程圖

索引4.2軸帶發(fā)電機的同步操作

船舶在整個航行過程中必然會遇到移泊、緊急停車和緊急倒車等情況。這些均涉及軸帶發(fā)電機和輔助柴油發(fā)電機帶電轉(zhuǎn)換和并聯(lián)運行問題。

船舶在進出港口和靠離碼頭時一般都不使用軸帶發(fā)電機，而是使用輔助柴油發(fā)電機。軸帶發(fā)電機要與輔助柴油發(fā)電機長期并聯(lián)運行，要求軸帶發(fā)電機系統(tǒng)中的頻率變換器的控制電路具有與調(diào)速器相同的特性，因此在選用軸帶發(fā)電機組時，一般不考慮連續(xù)并聯(lián)運行的要求。于是，船舶在航行中需臨時停車，或在進出港時，必須考慮與輔助柴油發(fā)電機組進行帶電轉(zhuǎn)換，帶電轉(zhuǎn)換必須在主機額定轉(zhuǎn)速的60%～110%的范圍內(nèi)方可進行。主機在緊急停車和