Công suất tiêu thụ trên tàu thủy phụ thuộc vào các chế độ công tác khác nhau của tàu
nên để tính tốn cơng suất của trạm phát người ta thường chia ra các chế độ công tác sau : -Chế độ tàu đứng trong cảng không bốc xếp hàng hóa bằng cần cẩu của tàu
-Chế độ tàu đứng trong cảng có bốc xếp hàng hóa bằng cần cẩu của tàu Chế độ tàu hành trình trên biển
-Chế độ điều động -Chế độ sự cố
Để tính cơng suất của trạm phát ngày nay người ta có các phương pháp sau -Phương pháp bảng tải
-Phương pháp phân tích (phương pháp gần đúng) -Phương pháp thống kê
-Phương pháp máy tính
*Phương pháp bảng tải :
Trên tàu có rất nhiều loại phụ tải điện năng,các phụ tải được xác định bằng công suất định mức.Tải của trạm phát phụ thuộc vào số lượng công tác thực tế,vào mức độ tải,vào chế độ cơng tác của tàu,vào tính chất của nhóm phụ tải.
Như vậy cơng suất cực đại của một nhóm phụ tải nào đó được xác định như sau : Pmax=Kđt.Kt.∑Pv
Trong đó :Kđt là hệ số đồng thời :hệ số đồng thời là tỉ số giữa số phụ tải đang công tác thực trong chế độ cơng tác đang kiểm sốt trên tổng số phụ tải trong nhóm đó (với điều kiện cơng suất của các phụ tải bằng nhau).
Ví dụ :nhóm phụ tải cần cẩu 5 được mồi động cơ 25KW .Giả sử thực tế làm việc 3 động cơ =>Kđt=3/5=0,6
Nếu cơng suất khơng bằng nhau thì hệ số đồng thời bằng tỉ số giữa tổng công suất của những cái công tác trên tổng cơng suất tồn tàu.
Kt :là hệ số tải :bằng tỉ số của công suất thực tế máy đang công tác trên công suất định mức của nó.
Pv :cơng suất nhận từ mạng của một động cơ nghĩa là công suất mà động cơ nhận được từ mạng khi nó đang cơng tác với tải định mức.
∑Pv= ∑Pđm/η với η là hiệu suất của phụ tải đó Đối với các phần tử chiếu sáng hay phần tử đốt nóng khác thì ∑Pv= ∑Pđm
Ví dụ :Nếu kiểm sốt động cơ lái thủy lực thường có hai động cơ một cơng tác,một dự trữ.Chế độ hành trình Kđt=1/2=0,5.Hệ số tải Kt phải tính sao cho động cơ lái có mơ men định mức gần bằng mô men cản cực đại trên bánh lái khi nó chuyển dịch hồn tồn với tốc độ cực đại của nó.Như vậy trong chế độ hành trình bình thường Kt=0,20,4 ;trong chế độ điều động có thể Kt=1.Như vậy khi chúng ta xác định được Kđt ,Kt ,Pv cho toàn bộ các phụ tải trên tàu,cho từng chế độ công tác chúng ta sẽ có được tổng cơng suất cần thiết.
Theo phương pháp bảng tải tất cả các phụ tải điện trên tàu được chia ra các nhóm cùng loại ghi rõ số lượng phụ tải trong mỗi nhóm,cơng suất đơn vị cần thiết của phụ tải,hiệu suất Cosφ…
Khi xác định công suất phản kháng Q của một phụ tải theo biểu thức :Q=P.tgφ
Trong đó φ sẽ biết được dựa vào Cosφ ta đã biết.Sau khi xác định được Q ta sẽ xác định được công suất biểu kiến S2=P2+Q2 và ta có Cosφtb=P/S ;P=S.Cosφ ;Q=P.Sinφ
Khi chọn số lượng công suất của trạm phát ta dựa vào công suất tiêu thụ trong các chế độ công tác của tàu.Máy phát lựa chọn khi cơng tác phải có hiệu suất cao nhất nhưng phải có khả năng chịu tải trong mọi chế độ công tác
Theo yêu cầu trạm phát phải có cơng suất dự trữ để phịng trường hợp tăng số phụ tải nhỏ mà trước đây chưa tính đến hoặc dự trữ để khi khởi động động cơ dị bộ…nên công suất dự trữ để 2025% thường 25% và thêm 5% tổn hao trên lưới điện
Theo kinh nghiệm thì số lượng máy phát được chọn đối với những tàu hàng thường từ 24 cái là hợp lí nhất.Phải có máy phát dự trữ với cơng suất sao cho một trong các máy phát bất kì bị sự cố thì nó có thể thay thế để đảm bảo cơng tác bình thường của tàu .Thường người ta chọn các máy phát trong trạm phát giống nhau để tăng thêm độ ổn định khi công tác song song và tiện lợi cho việc thay thế các phụ tùng dự trữ
Nếu trong chế độ tàu đứng khơng bốc xếp hàng hóa mà một máy phát cơng tác vẫn thừa cơng suất nhiều thì ta nên chọn một máy phát có cơng suất nhỏ hơn phù hợp với chế độ đó,máy phát đó người ta gọi là máy phát cản (máy phát sự cố).
Chọn máy phát xoay chiều dựa trên kết quả bảng tải thường thực hiện như sau :
Nếu Cosφtb tính được nhỏ hơn Cosφđm của máy phát thì dựa theo công suất biểu kiến S để chọn tổng cơng suất của máy phát.Cịn nếu Cosφtb tính được lớn hơn Cosφđm của máy phát thì dựa theo cơng suất tác dụng P để chọn.
+Nếu Cosφtb<CosφđmMF thì dựa vào S để chọn
Stt=Ptt/ Cosφtb SđmMF=PđmMF/CosφđmMF Chọn Ptt= PđmMF
Còn Stt = SđmMF thì Ptt< PđmMF =>khơng sao +Nếu Cosφtb > CosφđmMF thì dựa vào P để chọn Chọn Stt=SđmMF
Ptt=Stt.Cosφtb PđmMF=SđmMF.CosφđmMF Ptt>PđmMF =>quá tải
Kết luận : phương pháp bảng tải không những cho phép xác định được công suất trạm phát,số lượng máy phát mà có thể xác định được công suất của từng máy phát và của trạm phát sự cố.Nhược điểm chính của phương pháp này là sự khơng chính xác của các hệ số tải Kt,hệ số đồng thời Kđt,chưa có cơ sở khoa học để xác định nên dễ bị nhầm lẫn.Tính tốn cơng suất trạm phát phải đảm bảo được các yêu cầu sau :
-Đủ công suất để cung cấp liên tục cho các phụ tải hoạt động trong mọi chế độ cơng tác của tàu
-Phải đảm bảo tính kinh tế cao
-Bảo dưỡng dễ dàng và thuận tiện cho người phục vụ
Kinh nghiệm chọn các hệ số như sau :Hệ số đồng thời Kđt của các nhóm phụ tải phục vụ máy chính và buồng máy có máy dự trữ thì thường là 0,5.Hệ số Kt đối với nhóm thứ nhất thì Kt=0,70,8.Nhóm chiếu sáng Kt=1.Động cơ máy lái,chế độ hành trình Kt=0,30,5.Chế độ điều động Kt=0,81.La bàn thường Kt=0,7.Quạt gió buồng máy Kt=0,9…
*Phương pháp phân tích :
+Ưu điểm: Đơn giản và phần lớn dựa trên cơ sở tổng hợp tài liệu vận hành các trạm phát điện tàu thủy trên những kết luận sau đây :đồ thị tải của trạm phát một ngày đêm khơng phụ thuộc vào loại tàu,mục đích của tàu và rất ổn định,sự tiêu tốn năng lượng trong các chế độ công tác của tàu gần như không đổi và được quyết định bằng các nhóm phụ tải quan trọng như nhóm buồng máy,nhóm phục vụ máy chính,nhóm trên boong.Phương pháp này chủ yếu dựa vào các chế độ cơng tác của tàu.
+Chế độ tàu hành trình:
Qua thống kê phụ tải của trạm phát được xác định như sau :Ptb=6+0,024.N (1) trong đó N là cơng suất của máy chính tính bằng KW
Nếu tính cơng suất của phụ tải công tác ngắn hạn bất thường như bơm cứu hỏa,bơm chống đắm làm tăng thêm một lượng công suất tiêu thụ thì ta phải cộng thêm vào một lượng Ptb trên một lượng phụ tải lớn nhất có thể có :
Pht=6+0,024.N+Pngh (2)
Pngh là công suất của phụ tải hoạt động ngắn hạn lớn nhất.Nó sẽ đáp ứng cho nhu cầu sinh hoạt của thuyền viên (bếp điện ,thơng gió,điều hồ...).Nếu tổng cơng suất cho yêu cầu
sinh hoạt lớn hơn công suất tải ở chế độ ngắn hạn thì biểu thức tính sẽ là : Pht=6+0,024.N+∑Psh (3)
Công suất tiêu thụ của trạm phát trong chế độ hành trình chủ yếu là phục vụ cho máy chính nên cơng suất máy chính càng lớn thì phụ tải phục vụ cho máy chính càng lớn
Nếu trong trường hợp các phụ tải phụ đang hoạt động công suất của trạm phát không sinh thừa hoặc có thể bị quá tải ở mức độ nào đó thì hệ thống bảo vệ q tải của trạm phát sẽ tự động cắt bớt các phụ tải khơng quan trọng (điều hịa,bếp,quạt gió sinh hoạt)
+Chế độ tàu đứng khơng bốc xếp hàng hóa :đồ thị tải cũng rất ổn định,công suất yêu cầu trong chế độ này tỉ lệ với trọng tải của tàu :Ptb=11+0,002.D (4) trong đó D là trọng lượng nước chống của tàu tính bằng tấn
Để đảm bảo đủ công suất khi tải ngắn hạn làm việc (bơm cứu hỏa,bơm dầm tàu…) : Pđo=11+0,002.D+Pngh (5)
+Chế độ tàu đứng có bốc xếp hàng hóa có đồ thị tải trạm phát mang tính nhảy vọt đột biến dao động trong giới hạn từ mức công suất trong chế độ tàu đứng không bốc xếp hàng hóa đến một giá trị ngắn hạn cực đại nào đó.Sự thay đổi này phụ thuộc vào loại hàng bốc xếp,cường độ bốc xếp và số lượng tời hàng công tác.
Pt.hàng=Kc. n 1 ) vðm . Gðm . 147 , 0 ( =(0,53+1,05/n). n 1 ) vðm . Gðm . 147 , 0 ( (6) Kc :là hệ số nhu cầu
n :số lượng tời hàng công tác
Gđm :trọng tải định mức của tời hàng (Kg) vđm :tốc độ nâng định mức (m/p)
Để đủ cơng suất cho chế độ tàu đứng có bốc xếp hàng hóa ta phải có :Pđx=Pđo+Pth Trong đó Pđo :cơng suất yêu cầu của tàu đứng không bốc xếp
Pth :công suất của tời hàng
Pđx=11+0,002.D+Pngh+(0,53+1,05/n). n 1 ) vðm . Gðm . 147 , 0 ( (7)
+Chế độ điều động :đồ thị tải của trạm phát không ổn định (mối quan hệ giữa P với thời gian trong 24h) nó thuộc vào đặc điểm của điều động.Công suất cần thiết trong chế độ điều động phải đảm bảo cho tất cả các máy phát hoạt động kể cả máy dự trữ để đảm bảo an toàn : Pđđ=Pht+0,8.(Ptn+Pn) (8)
Trong đó:Pht :cơng suất hành trình Ptn :công suất tời mũi neo Pn :công suất máy nén khí
+Chế độ sự cố :chế độ này trạm phát phải đảm bảo công suất giống như chế độ hành trình,ngồi ra tăng cường công suất cho công tác,các phương tiện rút nước và chữa cháy
* Phương pháp thống kê :
Hiện nay nhiều nước trên thế giới áp dụng phương pháp thống kê.Phương pháp này dựa
trên kết quả khảo sát sự tiêu thụ năng lượng điện trong những chế độ công tác khác nhau của một loại tàu hoặc loại tương tự
Trọng tải (T) 1016 1706 1800 1980 13700 15000 20500 Số lượng máy phát (KW) 2x50 1x20 1x12 3x100 1x100 3x61 1x13 3x100 1x15 2x400 1x76 2x150 2x100 1x18 2x600 1x34 Tổng KW 132 310 196 315 876 518 1234 Tổng trọng tải trang bị 239 692 415 443 1090 800 1537 W/T 130 182 109 159 64 35 65
Loại tàu Hàng tạp hóa Tàu dầu
Dựa vào kết quả thống kê trên ta có thể tính tốn tổng cơng suất của các tàu cùng loại bằng cách nhân trong tải của tàu với đơn vị W/T ta sẽ được công suất của trạm phát.
2.3. Tính tốn cơng suất và chọn số lượng máy phát cho tàu
AP SVETI VLAHO
Trên cơ sở nguyên tắc các phương pháp tính tốn cơng suất của trạm phát nêu trên.Em chọn phương pháp phân tích để tính tốn cơng suất cho tàu
AP SVE TI VLAHO.
Để tính tốn chính xác cơng suất cho trạm phát ta cần biết các thông số sau :
Các thông số cần biết Giá trị Đơn vị
Trọng tải tàu (D) 53000 Tấn
Cơng suất của máy chính (N) 7780 KW
Cơng suất của phụ tải hoạt động ngắn hạn lớn nhất (bơm Ballass) (Pngh)
184 KW
Tổng công suất thiết bị điều hòa (Pđh) 126 KW Tổng cơng suất thiết bị quạt gió sinh hoạt (Pq) 30 KW
Tổng công suất phục vụ bếp (Pb) 102 KW
Cơng suất định mức của máy nén khí (Pn) 43 KW Công suất định mức của tời neo (Ptn) 71 KW Tổng công suất thiết bị hàng hải (Phh) 14 KW Tổng công suất tải ngắn hạn lặp lại (Pngl) 95 KW Tổng công suất thiết bị máy phụ phục vụ máy chính (Pmp) 180 KW Tổng cơng suất động cơ thiết bị làm hàng (Plh) 1184 KW Tổng công suất thiết bị chiếu sáng (Pcs) 42 KW Các số liệu trên được lấy theo tài liệu kỹ thuật E-05 và Bảng tải của tàu
AP SVE TI VLAHO
*Công suất trạm phát trong chế độ hành trình.
Áp dụng cơng thức (1) ta có Ptb=6+0,024.N=6+0,024.7780=192,7(KW). Tổng cơng suất thiết bị phục vụ sinh hoạt trên tàu là: ∑Psh =Pb+Pq+Pđh Với:-Pb là công suất thiết bị phục vụ bếp.
-Pq:là cơng suất của quạt gió sinh hoạt.
-Pđh:là cơng suất của hệ thống điều hồ khơng khí. Vậy ∑Psh =102+30+126=258(KW)
So sánh ta thấy ∑Psh > Pngh nên theo cơng thức (3) ta có : Pht=192,7+258=450,7(KW)
Kết quả trên được nghiệm lại bởi cơng thức dưới đây khi tính đến trang bị cụ thể và đặc biệt của thiết bị điện trên tàu :Pht=Pmp+Phh+Pcs+Pngl+∑Psh
Với :Pmp :là cơng suất tính tốn của các máy phụ phục vụ máy chính Pmp=Kmp.∑Pmp thông thường Kmp=0,7
Phh :là cơng suất tính tốn cho máy móc thiết bị hàng hải Phh =Khh.∑Phh thông thường Khh=0,7
Pcs :là tổng cơng suất tính tốn cho hệ thống chiếu sáng Pcs=Kcs.∑Pcs thông thường Kcs=1
η :là hiệu suất máy biến áp hoặc bộ biến đổi điện áp Pngl :là cơng suất tính tốn các phụ tải ngắn hạn lặp lại. Pngl=Kngll.∑Pngll Kngll=0,5
Kết quả nghiệm cho Pht=0,7.180+0,7.14+1.42+0,5.95+256= Pht=126+8,4+33,6+28,5+258=483(KW)
Như vậy cơng suất tính tốn cho chế độ tàu hành trình là chính xác. *Cơng suất trạm phát trong chế độ tàu đứng khơng bốc xếp hàng hóa : Áp dụng cơng thức (5) có Pđ0=11+0,002.53000+258=375(KW) Kết quả trên được nghiệm lại theo công thức sau :Pđ0=Pcs+Pngl +Psh
Trong đó :Pcs : là cơng suất tính tốn cho hệ thống chiếu sáng theo công thức : Pcs=1.42=33,6(KW)
Pngl:là cơng suất tính tốn các phụ tải ngắn hạn lặp lại. Pngl= Kngll.∑Pngll Kngll= 0,5
Kết quả nghiệm Pđ0=42+47,5+258=347.,5(KW)
Như vậy cơng suất tính tốn của trạm phát trong chế độ tàu đỗ cảng không làm hàng đã đáp ứng đủ nhu cầu của tải tiêu thụ.
*Công suất trạm phát trong chế độ tàu đứng có bốc xếp hàng (bằng cần cẩu của tàu) : Công suất trạm phát ở chế độ này bằng tổng công suất khi tàu đứng không bốc xếp hàng với công suất hệ thống làm hàng :Plh=375+1184=1559(KW)
*Công suất trạm phát trong chế độ điều động : Ta có Pđđ=450,7+0,8.(4.71+115,5) =770,3(KW) *Cơng suất trạm phát trong chế độ sự cố :
Trong chế độ này trạm phát phải đảm bảo đủ cơng suất cho chế độ hành trình, ngồi ra cịn tăng cường cơng suất cho các phương tiện bơm nước và chữa cháy. Các nhu cầu này có thể được đảm bảo nhờ cơng suất dự trữ của các máy phát hoặc tạm thời cắt bớt các phụ tải không quan trọng trong thời gian ngắn.
Sau khi đã tính tốn cơng suất của trạm phát phải cung cấp cho các phụ tải trong các chế độ ta tiến hành chọn công suất và số lượng các máy phát.
Theo tính tốn ở trên thì cơng suất tiêu thụ của trạm phát điện tàu 53000T trong chế độ tàu đỗ bến làm hàng là lớn nhất,do đó ta sẽ lấy cơng suất tiêu thụ trong chế độ này làm cơ sở tính tốn cơng suất trạm phát.
Ngồi cơng suất đáp ứng đủ cho phụ tải như đã tính tốn ở trên thì phải tính đến tổn hao cơng suất trên đường dây và khả năng dự trữ của máy phát.
Cơng suất của trạm khi tính đến 5% tổn hao trên cáp dẫn là : P1=1557+1557.5/100=1635(KW).
Cơng suất của trạm khi tính đến 25% dự trữ là: P=1635+1635.25/100=2044(KW).
Để đảm bảo tính kinh tế trong khai thác và thuận tiện trong việc sửa chữa và thay thế thiết bị nên ta chọn ba máy phát có cùng Sêri trang bị cho trạm phát tàu 53000T với các thơng số chính như sau :
- Công suất :P=680(KW), S =850(KVA) - Cosφ=0,8
- Điện áp định mức :450V - Dòng điện định mức :1091A.
Chọn một máy phát sự cố có các thơng số sau : - Công suất :P =125(KW) ,S =156(KVA) - Cosφ=0,8
- Điện áp định mức :450V xoay chiều - Dòng điện định mức :200A.
* Kết luận tính chọn
Các chế độ cơng tác của tầu
Công suất tiêu thụ trong từng chế độ (Kw)
Số lượng máy phát trong từng chế độ
Tầu hành trình trên biển 483 1 Tầu đứng trong cảng khơng bốc xếp hàng hóa 348 1 Tầu đứng trong cảng có bốc xếp hàng hóa 1559 3 Tầu trong chế độ điều
động
770
3
Như vậy qua tính tốn cơng suất trạm phát ta thấy kết quả phù hợp với thực tế các máy phát được trang bị trên tàu cho thấy kết quả tính tốn là chính xác.Các máy phát được chọn có thể làm việc độc lập khi nhu cầu sử dụng năng lượng thấp mà không dư thừa quá nhiều công suất đảm bảo khai thác kinh tế trạm phát.Khi hệ thống có nhu cầu năng lượng