Отдел силовой
электроники
+7 (495) 792-57-57
Напишите нам

Судостроение

Частотно-регулируемое управление двигателями на морских судах

Оборудование для судов и морских добывающих платформ
Сертификат Российского морского регистра судоходства для серии FC300
Сертификат Российского морского регистра судоходства для серии FC202
Сертификат Российского морского регистра судоходства для серии FC102
Преобразователи частоты для лебедок морских судов
Энергосберегающие решения для морских применений
Высоковольтные решения по регулированию двигателей для морских применений

Управление двигателями на морском судне

Судостроение – наиболее сложная и наукоемкая отрасль промышленности, в которую вовлечено большое количество предприятий, производящих корпусные части, силовые установки, инженерные и навигационные системы и множество других компонентов. Безотказная работа каждого узла, каждой системы управления особенно важна в морских условиях. Современные технические разработки обеспечивают не только надежность, но и эффективную эксплуатацию судна. Именно этим критериям отвечает технология частотно-регулируемого управления двигателями. Данное решение применимо как при строительстве новых судов, так и модернизации действующих.

 

Проблемы систем управления

Системы управления судном

Обычно используемые на судне двигатели не имеют системы управления и напрямую подключаются к сети. Прямой пуск приводит к просадкам напряжения, требует дополнительных генераторов для запуска и значительно сокращает ресурс работы самих двигателей. Чаще всего оборудование проектируется на максимальную нагрузку, что приводит к избыточному потреблению энергии.

Большую часть данных проблем можно решить за счет применения частотно-регулируемого привода. Использование преобразователей частоты для управления двигателями на борту судна дает ряд преимуществ. Частотный регулятор снижает пусковые токи, что уменьшает просадки напряжения в системе, исключается необходимость иметь дополнительные генераторы запуска.

Преобразователи частоты за счет изменения скорости вращения двигателя уменьшают энергопотребление. Тем самым экономится большое количество электроэнергии и как следствие топлива. Можно выделить основные серии преобразователей частоты для морских применений - это VLT Automation Drive FC 302, VLT HVAC Drive FC102, VLT AQUA Drive FC202.

Основные требования к оборудованию

Частотно-регулируемое управление двигателями на морских судах

Для используемого на судах оборудования важными требованиями являются высокая надежность, безотказность и эффективность. Применяемые устройства должны стабильно работать в изолированных сетях питания, создаваемых генераторами корабля и быть устойчивыми к помехам. Судно постоянно испытывает воздействие волн и соленого тумана, поэтому оборудование должно быть виброустойчивым и противостоять воздействию соленой воды. Для работы в таких условиях преобразователь частоты должен иметь степень защиты корпуса до IP66 и специальное защитное покрытие плат. Преобразователи частоты VLT могут иметь «морское» исполнение – применяется специальный компаунд для надежного крепления основных компонентов в печатной плате, позволяющий приводу противостоять сильным вибрациям.

Нередко в машинном отделении температура достигает +50°С. Конструкция преобразователя частоты VLT и его система охлаждения спроектирована таким образом, что обеспечивает работоспособность привода в таких температурных средах. Для питания инженерных систем используются автономные генераторы, которые чаще всего выдают напряжение 690В. Широкая линейка мощностей для напряжения 380-690В – от 1,1 до 1400 кВт - обеспечивает преобразователям частоты «Данфосс» практически любое применение

Преобразователи частоты «Данфосс» получили восемь морских сертификатов от мировых классификаторов, среди которых «Российский реестр». Это свидетельствует о надежности и безотказности технологий.

Для судовладельцев также важно применение энергоэффективных решений, поскольку это напрямую влияет на стоимость эксплуатации. Частотно-регулируемое управление обеспечивает значительную экономию топлива и минимизирует затраты на эксплуатацию корабельного оборудования, позволяя тем самым быстрее окупать вложенные инвестиции.

Применения преобразователей частоты

Краны и лебедки

Краны и лебедкиИспользование преобразователей частоты для управления кранами и лебедками увеличивает их производительность и позволяет избежать перегрева в системах гидравлики. По сравнению с гидравлическими системами уменьшается шум при работе, сокращается риск утечек масла.

Для таких применений рекомендуется преобразователь частоты VLT Automation Drive. Функция «распределения суммарной нагрузки» (droop function) дает возможность двигателям поддерживать требуемый момент на валу лебедки даже при аварийном отключении одного из двигателей. При этом сами преобразователи частоты не имеют между собой связи, а контролируют момент и скорость на валу лебедки независимо друг от друга.

Данная функция незаменима не только для лебедок судовых кранов, но и якорных машин и других подъемных механизмов, а также для управления подруливающими двигателями и рулевыми механизмами.

Вентиляция

Вентиляция на корабляхПреобразователи частоты эффективны в системах вентиляции машинного отделения, камбуза, системах охлаждения двигателей, грузовых трюмов, в холодильных системах судна. За счет управления производительностью в зависимости от нагрузки сокращается энергопотребление. Также снижается уровень шума. На случай пожара есть специальный режим, обеспечивающий продолжение работы вентиляторов. Для применения в системах вентиляции рекомендуется специализированная серия VLT HVAC Drive.

Насосы

Частотно-регулируемое управление насосами на морском суднеНа морском судне всегда присутствует большое количество насосов различного назначения: насосы воды балласта, насосы трюмной воды, циркуляционные насосы, насосы в системах пожаротушения, питательные и смазочные насосы, насосы морской воды.

Частотно-регулируемое управление насосами в соответствии с фактической потребностью приводит к существенной экономии электроэнергии. Снижение скорости всего на 20% уменьшает энергопотребление в два раза!

Для насосного применения рекомендуется специализированная серия VLT AQUA Drive. Широкий набор функций защищает насос и сопряженное оборудование от выхода из строя и продлевает срок службы. Среди функций такие как: защита от сухого хода и обнаружение утечек, защита обратного клапана и компенсация расхода и др.

Компания Dampskibsselskabet NORDEN A/S на 17 грузовых суднах модернизировала насосы для морской воды, установив частотно-регулирующие приводы VLT Danfoss. Регулирование мощности насосов в соответствии с фактической потребностью привело к значительному снижению энергопотребления. «Мы экономим около $30000 в год на каждом судне, где есть частотные преобразователи», - отметил Мартин Мелдгаард, управляющий танкерным флотом компании Dampskibsselskabet NORDEN A/S.

 

Рулевые механизмы

Регулированием скорости приводом VLTРегулированием скорости можно добиться высокой точности позиционирования руля за счет построения точной аналоговой системы управления. Привод VLT меняет скорость и направление движения насоса в системе с поворотным шибером и реверсивными гидравлическими насосами. Этот функционал преобразователя частоты использует компания Rolls-Royce при производстве редукторов поворота руля.

 

Подруливающие устройства

Рыболовное судно компании MV FugloyhavЧастотно-регулируемое управление подруливающими двигателями поддерживает высокий крутящий момент, быструю и точную работу и маневренность в любых условиях на море. Пропеллеры с фиксированным шагом, управляемые преобразователями частоты VLT, имеют эффективность работы на 20-30% больше по сравнению с пропеллерами с фиксированной скоростью и переменным шагом. Функция предварительного подогрева обмоток постоянным током преобразователей частоты дает возможность избежать применения дополнительных нагревателей для борьбы с конденсатом.

«Система управления приводами туннельных подруливающих установок гарантирует превосходное управление движением судна вдоль дока или вдоль рыболовной сети, и более эффективно расходует энергию по сравнению с альтернативами, использующими переменный шаг винта», - говорит Петер Ваагланд из компании MV Fugloyhav.

Кроме того, преобразователи частоты управляют компрессорами бортовых холодильников, что экономит порядка 20% электроэнергии. Таким образом, приводы VLT Danfoss обеспечивают лучшую цену улова на судах компании MV Fugloyhav.

Холодильные установки

Холодильные установки на судахДля оптимизации работы таких агрегатов как сепараторы и компрессоры холодильных установок на судах различного предназначения все чаще используют частотно-регулирующее управление.

В компании Maersk приводы VLT применяют для управления основным оборудованием на судах снабжения, добывающих платформах и нефтяных танкерах. Преобразователи частоты также управляют компрессорами холодильных установок с переменной скоростью, которыми оборудованы тысячи контейнеровозов компании, перевозящие скоропортящиеся продукты.

Преобразователи частоты Danfoss оценили и другие ведущие компании морской отрасли, среди которых компании MMC Kulde and MMC Tendos, Johnson Controls Marine, Alewijinse Marine Systems, AERON A/S, Ulstein Verft, ALLWEILER, SAACKE, Global Marine Engineering, Grundfos, ELGI Sauer, Dutch Thrustler Group.

Реальная экономия

Насосы для инженерных систем судов обычно проектируют на температуру +32°С и стопроцентную нагрузку. На практике оборудование не так часто работает в таких условиях, особенно суда, которые большую часть времени проводят в умеренных широтах.

Рассмотрим на примере насоса морской воды проектной мощностью 75 кВт, что меняется при внедрении частотно-регулируемого управления. После оптимизации система, управляемая при помощи преобразователя частоты Danfoss, имеет мощность 14 кВт. Энергопотребление в среднем уменьшается на 80%. При стоимости электроэнергии 0,1 евро годовая экономия составляет около 36 000 евро. Проект по внедрению преобразователя частоты окупается менее чем за год.

Система, управляемая при помощи преобразователя частоты Danfoss

Борьба с гармоническими искажениями

Борьба с гармоническими искажениями с помощью фильтров AHF

Следует учитывать, что преобразователи частоты помимо упомянутых преимуществ имеют и некоторые недостатки. Они генерируют паразитные гармонические искажения в бортовую сеть судна. Если не контролировать этот процесс, гармоники могут негативно повлиять на рабочие и функциональные характеристики генераторов и другого оборудования.

Чтобы избежать данных проблем и улучшить работу слабых сетей, повысить их пропускную способность существует ряд решений. Это расширенные активные фильтры AAF, расширенные фильтры гармоник AHF 005/010, специальный привод с низким уровнем гармоник (Low Harmonic Drive), 12-импульсный привод VLT.

Для защиты изоляции двигателя и кабеля, снижения акустического шума и уменьшения нагрузки на подшипники могут понадобиться выходные фильтры. Применение синусных фильтров снижает нагрузку на изоляцию, уменьшает тепловые потери и подшипниковые токи, их можно использовать для больших длин кабеля - более 100 метров. Фильтры помех типа du/dt контролируют пиковые значения междуфазного напряжения на клеммах двигателя. Данный тип фильтров рекомендуется использовать при длинах менее 100 метров.

Перспективы внедрения частотно-регулируемого привода

Перспективы внедрения частотно-регулируемого привода

Практика однозначно говорит о целесообразности применения преобразователей частоты в различных инженерных системах судов. Экономится электроэнергия, а значит и топливо, необходимое для ее производства. Приводы повышают надежность и производительность оборудования, уменьшают его износ, увеличивают срок службы.

Внедрение преобразователей частоты возможно не только при строительстве новых судов, но и в рамках модернизации плавсредств. Их применение позволяет судовладельцам экономить на эксплуатации судна и снижать сроки окупаемости. Для судостроителей использование частотно-регулирующих приводов делает их продукцию более конкурентоспособной и востребованной на мировом рынке.