2. Выбор мощности и количества основных га судовой электростанции

Согласно Правилам Морского Регистра РФ судовая электростанция (СЭС) должна:

• обеспечивать любой эксплуатационный режим;

• иметь запас мощности для модернизации судна в размере 20 % от расчетной.

Данным требованиям Регистра соответствует станция с мощностью

_{где Рст – мощность станции, Рmax – значение мощности наиболее энергоемкого эксплуатационного режима по данным табл. 1.2.}

Выбор оптимальной СЭС по критерию минимального годового расхода топлива предлагается проводить по трем вариантам комплектации.

При формировании вариантов комплектации СЭС необходимо учитывать следующие требования:

• станция должна комплектоваться генераторами одинаковой мощности;

• загрузка генераторов в режиме не должна:

• превышать 90 % номинальной мощности генератора (Р_нг) –регулируется количеством работающих ГА;

• быть меньше 30 % Р_{н г} – определяет максимальную мощность ГА:

• количество ГА в СЭС, с учетом резервного, не должно превышать 6.

Мощности генераторов выбираются из следующего ряда: 30, 50, 60, 75, 100, 150, 160, 200, 250, 300, 315, 400, 500, 600, 630, 750, 800, 1000, 1250, 1500, 1600. 2000, 3000, 3200.

Определение удельного расхода топлива в пяти эксплуатационных режимах для каждой комплектации.

Удельный расход топлива первичного двигателя (ПД) зависит от загрузки генераторов. Определение загрузки генераторов в каждом эксплуатационном режиме осуществляется с помощью соотношения: где i – номер эксплуатационного режима (i =1…5); j – номер комплектации (j =1…3), – загрузка генераторов (о.е.); – потребляемая в режиме мощность (кВт); – количество работающих в режиме ГА.

Расчет оформляется табл. 1.3.

Таблица 1.3

Комплектация		Потребляемая мощность в режиме
		Р1∑	Р2∑	Р3∑	Р4∑	Р5∑
n1× Рнг,1	Количество работающих генераторов
	Загрузка генераторов
n2× Рнг,2
n3× Рнг,3

Определение удельного расхода топлива по загрузке генератора проводится с использованием экспериментальных данных, представленных в табл.1.4 и на рис. 1.1.

Таблица 1.4

Р* (о.е.)	0,43	0,44	0,5	0,69	0,75	0,83	0,87	0,92	0,96	0,98	1,0	1,1	1,25
q (г/кВт ч)	300	298	280	245	238	232	231	229	226	229	230	233	250

Рис. 1.1

Значения удельного расхода топлива по загрузке генераторов можно определять:

• по кривой, представленной на рис. 1.1;

• с помощью аппроксимирующего полинома; ниже приводятся полиномы 5 и 3 степеней:

• q=[-0.1249×(Р^*)⁵+0.7382×(Р^*)⁴-1.6258×(Р^*)³+1.9365×(Р^*)²-1.3043×Р^*+0.6092]×10³;

• q=-46.1108×(Р^*)³+376.1086×(Р^*)²-587.8907×Р^*+486.8992;

• программно.

Пример программной реализации расчета значений удельного расхода топлива по загрузкам генераторов в пакете Matlab с использованием полиномов 5-ой и 3-ей степеней:

• программа расчета

Pst=[0.43 0.44 0.5 0.69 0.75 0.83 0.87 0.92 0.96 0.98 1.0 1.1 1.25];

Qst=[300,298,280,245,238,232,231,229,226,229,230,233,250];

Ppr=[0.37,0.85,0.58,0.83,0.75];

Pol5=polyfit(Pst,Qst,5);

Qpr5=round(polyval(Pol5,Ppr))

Qst5=round(polyval(Pol5,Pst));

Pol3=polyfit(Pst,Qst,3);

Qpr3=round(polyval(Pol3,Ppr))

Qst3=round(polyval(Pol3,Pst));

RAZ=Qpr5-Qpr3

• результаты расчета значений удельного расхода топлива при использовании аппроксимирующих полиномов 5-ой (q₅) и 3-ей (q₃) степеней, а также их сравнение (табл.1.5).

Таблица 1.5

Р*	0,37	0,85	0,58	0,83	0,75
q5	322	231	262	232	238
q3	319	231	263	232	238
q5-q3	3	0	-1	0	0

Полученные результаты расчета значений удельного расхода топлива формируются в виде табл. 1.6.

Таблица 1.6

Комплектация	Удельный расход топлива в режиме
	1	2	3	4	5
1
2
3

Расчет годового расхода топлива. Годовой расход топлива зависит от графика работы судна. Варианты возможных графиков представлены в табл. 1.7. Номер расчетного графика задает преподаватель.

Таблица 1.7

Номер графика	Длительность режима (% от 365 дней)
	1	2	3	4	5
1	13	20	2	60	5
2	20	13	2	60	5
3	23	10	20	40	7
4	16	20	4	40	20
5	20	5	25	40	10
6	25	15	5	50	5

Объем годового расхода топлива в каждом режиме определяется по формуле:

Суммарный объем потребляемого топлива для соответствующей комплектации будет равен сумме потреблений в режимах.

Результаты оформляются в виде табл. 1.8.

Таблица 1.8

Комплектация	Объем потребляемого топлива в режимах						Годовой объем потребляемого топлива
	1	2	3	4	5
1
2
3

Выбор комплектации СЭС по критерию минимального годового расхода топлива.

Несмотря на заданный критерий оптимизации, необходимо учитывать, что большое количество ГА приводит:

• к увеличению массогабаритных показателей СЭС;

• к увеличению затрат на обслуживание;

• к снижению установленной генерируемой мощности станции.

Поэтому при выборе комплектации надо принимать взвешенное решение.

После определения варианта комплектации СЭС выполняются:

• выбор синхронных генераторов (СГ) по данным, представленным в табл. П1;

• разрабатывается упрощенная структурная схема СЭС.

На рис. 1.2 представлена упрощенная структурная схема СЭС, состоящая из трех основных и одного резервного генераторов.

Рис. 1.2.