В современном мировом транспортном флоте наибольшее распространение получили суда с дизельным приводом гребного винта, а среди электроходов - ГЭУ постоянного тока. Для выявления преимуществ и недостатков тех и других установок следует сделать сравнение дизель-электроходов постоянного тока и теплоходов. В результате длительной эксплуатации электроходов выявлены преимущества ГЭУ постоянного тока по сравнению с теплоходами.
1. Возможность автоматизации гребной установки. На всех электроходах применяется дистанционное управление с нескольких мест, автоматически поддерживается постоянство мощности при изменении нагрузки на винте, применяются всевозможные автоматические системы защит и контроля за нарушением нормального режима эксплуатации. В конечном счете на электроходе проще осуществить комплексную автоматизацию всех производственных процессов в машинном отделении.
В последние годы на теплоходах используется дистанционное автоматизированное управление дизелем ДАУ и автоматическое управление процессами в машинном отделении, однако все это удалось осуществить на определенном уровне развития электроники и автоматики. Отбор мощности на уровне, близком к 100%, при изменении скорости судна возможен на теплоходе при использовании ВРШ.
2. Возможность применения на электроходах различных типов унифицированных дизель-генераторов, ГЭД и другого оборудования. На всех электроходах отечественной постройки используются серийные дизель-генераторы двух типов; 5ДГ 50 М мощностью 815 кВт, с частотой вращения 740 об/мин, общей массой 24,6 т и ЗД100, мощностью 1325 кВт, с частотой вращения 810 об/мин, общей массой 28,3 т. Этими дизель-генераторами оборудованы суда различных типов с мощностью на валу от 1600 до 5300 кВт: ледоколы, сухогрузные суда, танкеры, спасательные буксиры, рефрижераторы, китобойцы, паромы, земснаряды. На всех судах применяются ГЭД нескольких типов и унифицированные распределительные щиты, возбудительные агрегаты и т. п. Выпуск таких судов большими сериями снижает единичную стоимость каждого судна.
3. Применение нереверсивных дизелей. На электроходах реверсируется ГЭД, а первичные двигатели работают при неизменном направлении вращения, при этом сокращается объем баллонов для сжатого воздуха и может быть уменьшена мощность компрессора. Низкооборотные реверсивные двигатели теплоходов имеют более сложную конструкцию высокую стоимость и большую массу. Количество реверсов ограничено для предотвращения износа и перегрева. Среднеоборотные дизели теплоходов с ВРШ должны иметь возможность реверса на случай отказа си стемы изменения шага.
4. Применение высокооборотных дизелей. Высокооборотные дизель-генераторы позволяют уменьшить массу и габариты ГЭУ, создают удобство размещения оборудования, что увеличивает грузовместимость и уменьшает стоимость установки. Отношение массы дизеля к частоте вращения 125 об/мин составляет 59 кг/кВт, а отношение массы дизеля к частоте вращения 800 об/мин — всего 9 кг/кВт. Таким образом, масса высокооборотного дизеля, применяемого на электроходе, почти в семь раз меньше массы низкооборотного дизеля той же мощности. Выгода в стоимости электрохода может быть получена при крупносерийном строительстве. Стоимость теплохода с ВРШ может оказаться больше, чем электрохода. Следует отметить, что современные электроходы с ГЭУ двойного рода тока имеют массу установки и стоимость больше, чем серийные теплоходы с такими же параметрами.
5. Дробление мощности ГЭУ. На дизель-электроходах число генераторных агрегатов обычно превышает число винтов. Существуют электроходы, где число агрегатов составляет 8, 6, 4, 3 и 2. При необходимости снижения хода часть агрегатов отключается, а оставшиеся работают с полной нагрузкой. При дроблении мощности установки, состоящей из четырех агрегатов, как показано на рис. 1, можно получить 91 % скорости хода при работе трех генераторов, 78% — при работе двух генераторов и 63% — при работе одного генератора. Такие же значения скорости хода можно получить на теплоходе с ВФШ при изменении частоты вращения дизеля, однако при уменьшении скорости хода на 25% удельный расход топлива увеличивается на 4%, а при снижении скорости на 50% — увеличивается примерно на 30-35%.
На теплоходе с ВРШ дизель работает при различных скоростях хода судна с минимальным удельным расходом топлива. При работе двух дизелей через редуктор на ВРШ может работать один дизель в экономическом режиме.
Дробление мощности электрохода позволяет производить ремонты на ходу судна, сберегать моторесурс неработающего дизеля; малогабаритные генераторные агрегаты удобно размещать. В заводских условиях возможна замена агрегата, выработавшего моторесурс.
6. Повышенные маневренные качества. ГЭУ постоянного тока применяются на судах с наиболее тяжелым режимом работа: при частом реверсировании, резком изменении момента на гребном винте вплоть до заклинивания, необходимости создания большого вращающего момента на винте при очень малой частоте его вращения. Как уже говорилось выше, регулировочные, перегрузочные и реверсивные качества электрохода постоянного тока лучше, чем теплохода. Количество реверсов теплохода ограничено до 18 — 20 из-за ограниченной емкости баллонов сжатого воздуха. Реверсирование с полного хода для теплохода является аварийным режимом и доится значительно дольше, чем на электроходе. При заклинивании гребного винта на теплоходе необходим новый воздушный запуск дизеля. Минимальная устойчивая частота вращения дизеля ограничена и составляет 30 — 40% от номинальной. Маневренные качества теплохода с ВРШ значительно лучше, однако перегрузочные возможности и быстрота реверсирования хода судна остаются бесспорными преимуществами электродвижения.
7. Возможность отбора мощности для питания собственных нужд. Эта задача полностью разрешается на электроходах двойного рода тока управляемыми выпрямителями. Иногда генератор постоянного тока используется для питания мощных насосов. На теплоходах с ВРШ применяется валогенератор, который работает на ходу судна и приводится от гребного вала через редуктор. Мощность валогенератора используется для питания собственных нужд. На стоянке судна работают вспомогательные дизель-генераторы. На электроходе с единой станцией на стоянке работает один из главных дизель-генераторов.
8. Отсутствие жесткой связи первичного двигателя с винтом. На электроходе винт непосредственно связан с ГЭД, причем длина валопровода значительно сокращается благодаря размещению ГЭД в кормовом отсеке. Отсутствует туннель гребного вала, уменьшаются потери на трение в подшипниках гребного вала, уменьшается вибрация кормы судна, возникающая при длинном валопроводе во время дифферента судна, удары льда о винт на первичном двигателе не отражаются. На судах с горизонтальной погрузкой (ро-ро) размещение ГЭД в корме судна позволяет уменьшить высоту машинного отделения.
Дизель-генераторы могут быть размещены в самом носу судна т. е. в месте, неудобном для грузовых помещений.
9. Бесперебойная работа ГЭУ при оголении гребного винта. В штормовую погоду при килевой качке происходит частичное оголение винта. Дизель, работая практически вхолостую, повышает частоту вращения, что может привести к срабатыванию предельного регулятора скорости и к остановке дизеля, после чего необходим новый запуск. При попадании винта в воду на нем возрастает момент сопротивления пропорционально квадрату возросшей частоты вращения и дизель вследствие внезапной перегрузки может остановиться. На дизель-электроходе оголение винта не вызывает перебоев в работе гребной установки, так как ГЭД быстро приспосабливается к изменению нагрузки с помощью системы автоматического регулирования.
10. Возможности получения максимального к. п.д. винта путем подбора наивыгоднейшей номинальной частоты вращения ГЭД. При выборе оптимального гребного винта необходимо знать следующие основные данные судна: осадку, скорость хода, буксировочную мощность и частоту вращения винта. Различные судовые дизели одинаковой мощности имеют примерно одинаковую номинальную частоту вращения, поэтому винты подбираются по буксировочной мощности, а оптимальной частотой вращения приходится пренебрегать. ГЭД электроходов выпускаются на заданные мощности, и их номинальная частота вращения обеспечивает оптимальную частоту вращения винта, что дает возможность получить максимальные к. п. д. гребного винта.
Недостатки ДЭГУ:
1. Высокая стоимость и большая масса установки. Современные ГЭУ двойного рода тока с неуправляемыми и управляемыми выпрямителями; имеют стоимость и массу установки больше, чем энергетическая установка теплохода. В то же время стоимость энергетической установки теплохода с классом автоматизации А1 и А2 (безвахтенное обслуживание машинного отделения) достаточно велика. Благодаря преимуществам ГЭУ с единой станцией во время эксплуатации большие строительные расходы полностью окупаются.
2. Недостатки высокооборотного дизеля. Основным недостатком высокооборотного дизеля следует считать малый моторесурс до капитального ремонта. Для дизелей ГЭУ моторесурс составляет 20 тыс. — 30 тыс. ч. Низкооборотные дизели имеют моторесурс до 100 тыс. ч. Однако объем и стоимость ремонта дизелей ГЭУ во много раз меньше, чем низкооборотных дизелей теплоходов. Уровень шума высокооборотных дизелей значительно выше, чем низкооборотных. Высокооборотные дизели требуют более дорогого и высококачественного топлива и масла. В настоящее время поставлены очень высокие требования в отношении незагрязнения среды обитания. Высокооборотные дизели, работающие на качественном топливе, в меньшей степени загрязняют атмосферу.
3. Увеличенный штат машинной команды. На отечественных электроходах при полном штате механиков и мотористов ГЭУ и электрооборудование обслуживают три-четыре электромеханика и несколько электриков. На теплоходе электрооборудование обслуживает один электромеханик и один — три электрика. На зарубежных ГЭУ штат машинной команды меньше, чем на теплоходе, благодаря сокращению числа механиков и мотористов.
4. Повышенный расход топлива из-за потерь в электропередаче в режиме полного хода. Потери в электропередаче и кабеле достигают 12—17%, поэтому перерасход топлива на электроходе по сравнению с теплоходом должен быть в таких же пределах. Однако на электроходе средний и малый ход создаются при отключении части агрегатов и полной загрузке оставшихся в работе.
