Корабельные электроэнергетические установки

И.Г. Захаров,  доктор технических наук, профессор, контр-адмирал; Я.Д. Арефьев, доктор технических наук, профессор, контр-адмирал; Н.А. Воронович, кандидат технических наук, капитан 1 ранга; О.Ю. Лейкин, кандидат технических наук, капитан 1 ранга

По развитию электроэнергетических систем кораблей ВМФ первыми следует считать работы по их модернизации, проводимые в конце 20-х-начале 30-х годов на боевых кораблях дореволюционной постройки - подводных лодках типа “Акула” и “Барс”, миноносцах типа “Новик”, крейсерах “Червона Украина”, “Красный Крым”, “Красный Кавказ” и линейных кораблях типа “Севастополь”. На некоторых из этих кораблей менялись генераторные агрегаты (в большинстве случаев на более мощные), устанавливались новые потребители электроэнергии, вносились изменения в сети распределения электроэнергии.

Для обеспечения этих работ, а также для нового строительства отечественной промышленностью было начато проектирование и создание электрооборудования для кораблей ВМФ: электрических машин, аппаратов, распределительных устройств в основном для сетей постоянного тока, а также аккумуляторных батарей и другой электротехники.

В 1925г. начато проектирование электроэнергетических систем первых дизель-электрических подводных лодок (ДПЛ), первая из которых типа “Декабрист” была сдана ВМФ в 1930г. В период, предшествующий началу Великой Отечественной войны, проектировались и строились несколько других типов ПЛ.

Для ПЛ были приняты сходные по структуре и отличающиеся только по величине, мощности электроэнергетические системы кораблей (ЭСК) с электродвижением, имеющие в своем составе одну или две группы аккумуляторных батарей напряжением 90-160В и обеспечивающие электроэнергией гребные электродвигатели (ГЭД) и другие потребители при подводном ходе; два дизель-генератора напряжением 110В постоянного тока для обеспечения электроэнергией потребителей (в т.ч. зарядку аккумуляторных батарей) при надводном ходе; два главных распределительных устройства, размещенные в одном отсеке, и один или два ГЭД.

Первыми большими надводными кораблями были лидеры миноносцев проекта 1 и эскадренные миноносцы проекта 7. Головные корабли данных проектов принимались ВМФ в 1936г. Для электроэнергетических систем этих кораблей был принят постоянный ток напряжением НОВ. В качестве источников электроэнергии применялись турбогенераторные агрегаты отечественного производства мощностью по 100кВт - на лидерах и по 50кВт - на эсминцах, дизель-генераторы с импортными дизелями по 50кВт - на лидерах и по 30кВт - на эсминцах. Турбогенераторы располагались в машинных отделениях, дизель-генераторы - в специальных помещениях котельных отделений.

Схемы распределения электроэнергии на этих кораблях были приняты магистрально-фидерными. По отдельным фидерам получали питание наиболее ответственные боевые потребители. Схемы генерирования и распределения электроэнергии исключали возможность включения генераторов на параллельную работу. Главные распределительные щиты (ГРЩ), находящиеся в машинных отделениях, имели двойную систему шин, на которые подавалось питание от разных генераторов, а потребители электроэнергии могли с помощью переключателей подключаться к любым из них. В качестве коммутационных аппаратов были приняты рубильники и переключатели рубящего типа, а также пакетные выключатели и переключатели. В качестве аппаратов защиты использовались трубчатые предохранители. Большинство кабелей на этих кораблях было марки СРМ. Прокладка кабелей производилась на панелях, проход кабелей через переборки осуществлялся с помощью индивидуальных сальников. Все электрические машины, распределительные устройства, кабели и аппараты были отечественного производства.

Следующими, по сроку введения в строй, крупными боевыми надводными кораблями были крейсера проекта 26 (головной крейсер “Киров” вступил в строй в 1938г.). Для электроэнергетических систем (ЭЭС) этих кораблей был принят также постоянный ток, но напряжением 220В. Магистральный принцип распределения электроэнергии сохранялся только для системы освещения. Питание силовых потребителей осуществлялось по фидерно-групповой системе, в связи с чем габариты ГРЩ оказались достаточно большими. Кроме ГРЩ, имелись еще генераторные щиты, расположенные в одних помещениях с генераторами. Шины ГРЩ и генераторных щитов одинарные, секционированные. ЭЭС в свой состав включала четыре турбогенератора (ТГ) по 165кВт каждый, расположенные в машинных отделениях и два дизельгенератора (ДГ) по 165кВт каждый, размещенные в специальных помещениях.

Для прокладки магистральных кабелей по бортам корабля были использованы кабельные коридоры. Электрооборудование крейсера проекта 26 однотипно электрооборудованию лидеров и эскадренных миноносцев проектов 7 и 7У и отличается только по мощности, количеству элементов и их расположению.

Следующей большой серией боевых надводных кораблей были эскадренные миноносцы проекта 7У, головной корабль которой вступил в строй в 1941г. Электроэнергетическая установка этих кораблей по параметрам электроэнергии, принципам ее распределения, типам элементов электрооборудования и его расположению аналогичны электроэнергетическим системам эсминцев проекта 7. На эсминцах данного проекта была увеличена степень электрификации, установлены более мощные генераторные агрегаты, упрощена схема генерирования и распределения электроэнергии за счет уменьшения генераторных агрегатов (два ТГ вместо трех).

Одновременно шло проектирование и постройка опытного, в части ЭЭС, корабля проекта 7УЭ (эсминец “Страшный” - начало проектирования 1936г., вступил в строй в 1941г.). Электроэнергетическая система этого корабля была принята на переменном токе напряжением 220В, частотой 50Гц. Параллельная работа генераторов не предусматривалась. Шины ГРЩ одинарные, секционированные. Расположение генераторных агрегатов аналогично их расположению на кораблях проекта 7У. Отечественной промышленностью для этого корабля было разработано и освоено новое корабельное электрооборудование на переменном токе - синхронные генераторы, электродвигатели различного типа и исполнения с пускателями, имеющими тепловую защиту, трансформаторы и установочные автоматические выключатели, селеновые и купроксные выпрямители и т.п. Задача эта была решена промышленностью успешно, и поставки электрооборудования не задерживали сдачи экспериментального корабля.

Изготовление корабельного электрооборудования переменного тока, его испытание и сдача на корабле проекта 7УЭ - подготовительный этап к переводу ЭЭС всех надводных кораблей на переменный ток. Однако внедрение на надводные корабли сети переменного тока поставило перед промышленностью ряд научных и технических вопросов, которые в конце концов были успешно решены.

Применение электроэнергетических систем кораблей на переменном токе обеспечивало:

- использование асинхронных электродвигателей с вращающимся магнитным полем и короткозамкнутыми роторами, существенно более надежных в сравнении с коллекторными машинами постоянного тока;

- возможность повышения напряжения и снижения токов в силовой электрической сети, снижения напряжения в сетях управления с помощью простых преобразовательных устройств -трансформаторов;

- получение постоянного тока необходимого напряжения статическими преобразовательными устройствами с трансформаторами и выпрямителями;

- снижение токов короткого замыкания в системе непосредственно параметрами сетей и применением в последующем специальных токоограничивающих устройств - аппаратов и схем.

Кроме построенных и ряда недостроенных к началу войны серийных кораблей, в предвоенный период был спроектирован и заложен ряд крупных кораблей, строительство которых с началом войны прекратилось. Это линейные корабли проекта 68 и эскадренные миноносцы проекта 30.

Линейные корабли и тяжелые крейсера имели ЭЭС двойного типа - постоянного и переменного тока. В качестве источников электроэнергии принимались генераторы смешанного тока с приводом от паровых турбин единичной мощностью 1200кВт и от дизелей единичной мощностью 650кВт. Такие генераторные агрегаты корабельного исполнения для тех лет считались очень мощными. Опытные образцы генераторов были изготовлены и даже использовались во время войны на передвижных электростанциях на Ленинградском фронте. Корабли имели по четыре электростанции, размещенные в отдельных помещениях. Распределение электроэнергии было принято по фидерно-групповой схеме. Электрооборудование на эти корабли не устанавливалось, а после войны было принято решение их постройку не возобновлять.

После окончания войны вопрос встал о возобновлении постройки крейсеров проекта 68 и эсминцев проекта 30, но так как они за годы войны устарели, то были выполнены две степени корректировки: для кораблей частично построенных (проекты 30к и 68к) и кораблей, которые не начинались строиться (проекты 30-бис и 68-бис).

В дореволюционное время единого документа, обобщающего требования к электрооборудованию и электросистемам кораблей, не имелось. Опыт предвоенного периода создания кораблей выявил необходимость разработки такого документа. В период 1937-1940гг. специалистами ВМФ и промышленности под руководством офицера Научно-технического комитета (НТК) НКВМФ Б.И.Калганова были разработаны и в 1940г. изданы “Правила электрооборудования кораблей” (“ПЭК-40”).

Опыт Великой Отечественной войны показал высокие технические качества установленного на кораблях электрооборудования. При боевых повреждениях кораблей аварийность электрооборудования, как правило, была ниже, чем механического оборудования и систем вооружения. Если корабли и теряли электроэнергию, то причиной того зачастую был выход из строя первичных двигателей генераторов (узлов, блоков, обслуживающих систем и т.п.), а не самих генераторов. Так, при подрыве на мине крейсера “Киров” одна из электростанций оказалась в районе разрушения корпуса корабля и фактически была затоплена, а другие генераторы и электрооборудование остались работоспособными, но ТГ нельзя было использовать из-за потери источника пара.

Опыт боевой и повседневной эксплуатации корабельного электрооборудования выявил и ряд недостатков.

Низкая ударостойкость электрооборудования: были случаи, когда при боевых повреждениях в оставшихся неповрежденными отсеках или помещениях ломались крепления и отдельные узлы оборудования, автоматические выключатели давали ложные отключения, предохранители выпадали из зажимов, измерительные приборы разрушались. Вместе с тем прочность электротехнических устройств оказалась выше прочности некоторых механизмов и конструкций. Основной причиной этого было, очевидно, то, что для них значительно меньше использовался чугун, а в основном применялась сталь.

Много забот и неприятностей личному составу доставляли коллекторы и щетки машин постоянного тока. Угольные щетки изнашивались гораздо быстрее тех сроков, которые указывались в документах, и загрязняли машины угольной пылью. Коллекторы тоже изнашивались достаточно быстро и загрязняли машины уже медной пылью. Это приводило к снижению сопротивления изоляции машин, а иногда и ее пробоям (чаще всего между отводами коллекторных пластин). Машины и их коллекторы приходилось часто чистить, щетки менять, коллекторы протачивать и шлифовать.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: тезис, менеджмент.





1  2  3 | Следующая страница реферата