Чтобы подобрать мощность судового генератора, перечислите все нагрузки переменного тока, которые могут работать одновременно, добавьте пусковой бросок самого мощного электродвигателя или компрессора и выберите установку, у которой нормальная рабочая нагрузка составляет примерно 50–80 процентов основной мощности. На практике это обычно означает несколько kW для небольшого круизного катера и от десятков до сотен kW для рабочих и крупных судов, на которых обычно устанавливают не менее двух вспомогательных генераторных установок.
Основные выводы
- Судовая генераторная установка — это двигатель с постоянной частотой вращения, соединенный с генератором переменного тока и оснащенный судовой системой охлаждения, мокрым или водоохлаждаемым выхлопом, системой управления и общей рамой.
- Генераторы работают с постоянной частотой вращения, соответствующей частоте тока: при четырехполюсном генераторе 1500 rpm обеспечивают 50 Hz, а 1800 rpm — 60 Hz.
- Мощность генераторной установки указывается в kW при заданном коэффициенте мощности, обычно 0.8, поэтому kVA равны kW, деленным на 0.8; ISO 8528-1 определяет длительную, основную и резервную мощности.
- Электродвигатели при прямом пуске от сети обычно кратковременно потребляют ток примерно в шесть раз выше рабочего, что часто определяет требуемую мощность генератора.
- Дизельное топливо — стандартное топливо для судовых генераторов; бензиновые установки требуют электрических компонентов с защитой от воспламенения окружающих паров и создают более высокий риск отравления угарным газом.
- Суда, подпадающие под SOLAS, должны иметь не менее двух основных генераторных установок, мощность которых обеспечивает работу ответственных потребителей при остановке одной установки.
Что такое судовой генератор?
Судовой генератор, часто сокращенно называемый генератором или генераторной установкой, — это агрегат из двигателя и генератора переменного тока, предназначенный для выработки электроэнергии на борту. От наземного генератора он отличается системой охлаждения, выхлопом, креплением и средствами безопасности.
Типовой судовой дизель-генератор включает:
- Дизельный двигатель с постоянной частотой вращения и регулятором, который поддерживает стабильную частоту тока при изменении нагрузки.
- Генератор переменного тока, обычно бесщеточный, с автоматическим регулятором напряжения.
- Охлаждение через теплообменник или килевое охлаждение, с насосом забортной воды на установках с теплообменником.
- Водоохлаждаемый выпускной коллектор и колено мокрого выхлопа, поддерживающие безопасную температуру поверхностей в закрытом помещении.
- Общую раму на виброизолирующих опорах, иногда с шумозащитным кожухом.
- Системы управления и защиты, включая остановку при низком давлении масла и высокой температуре.
На судах двигатель, приводящий генератор, называют вспомогательным двигателем, чтобы отличать его от главного двигателя, обеспечивающего движение. Одни и те же семейства двигателей часто используются в обеих ролях: двигатель типа 6BT для генераторных установок и судового применения выпускается в пропульсивном исполнении и в исполнении с постоянной частотой вращения для генераторных установок, что подробно объясняется в нашем сравнении 6BT и 6CTA8.3.
Как подобрать мощность судового генератора?
Рассчитайте генератор на наибольшую комбинацию нагрузок, которые реально будут работать одновременно, добавьте пусковые броски и предусмотрите запас. Выполните следующие шаги:
- Перечислите все нагрузки переменного тока с их рабочей мощностью в ваттах или kW: кондиционеры, водонагреватель, кухонное оборудование, зарядные устройства, насосы, лебедки, холодильное оборудование и электроника.
- Определите, какие нагрузки работают одновременно. Водонагреватель и индукционная плита могут никогда не использоваться одновременно с полной нагрузкой кондиционирования; система управления нагрузками может обеспечить это ограничение.
- Добавьте наибольший пусковой бросок. При прямом пуске от сети компрессоры и насосы в течение одной–двух секунд потребляют ток, в несколько раз превышающий рабочий.
- Ориентируйтесь на нагрузку 50–80 процентов. Стремитесь к нормальной рабочей нагрузке примерно от половины до трех четвертей основной мощности установки.
- Избегайте длительной работы с малой нагрузкой. У дизель-генератора, длительно работающего с нагрузкой ниже примерно 30 процентов, могут накапливаться несгоревшее топливо и сажа в выхлопной системе и масле.
- Проверьте напряжение и частоту питания оборудования: 230 V/50 Hz или 120/240 V/60 Hz на малых судах и трехфазное питание 400 V/50 Hz или 440–480 V/60 Hz на более крупных судах.
В таблице ниже приведен пример перечня нагрузок для моторной яхты или катера для перевозки персонала длиной 15–20 m. Фактические значения зависят от оборудования, поэтому используйте данные заводских табличек.
| Нагрузка | Типичная рабочая мощность | Особенности пуска |
|---|---|---|
| Судовой кондиционер, блок на 12000 BTU/h | Около 1.0–1.3 kW | Пусковой ток компрессора в несколько раз выше рабочего |
| Водонагреватель | 1.2–1.5 kW | Резистивная нагрузка, без пускового броска |
| Индукционная варочная панель, две зоны | 2–3.5 kW | Резистивно-электронная нагрузка, без большого пускового броска |
| Зарядное устройство аккумуляторов | 0.5–2 kW | Небольшой бросок тока при включении |
| Холодильник и морозильник | 0.2–0.5 kW каждый | Пусковой бросок компрессора при каждом цикле |
| Насос высокого давления опреснителя | 1–3 kW | Пусковой бросок электродвигателя |
В этом примере два кондиционера, водонагреватель, зарядные устройства и холодильное оборудование при совместной работе потребляют примерно 6–8 kW, а добавление пускового броска компрессора указывает на установку мощностью около 10–12 kW. В нашем руководстве по подбору мощности дизель-генератора расчеты kW и kVA рассмотрены подробнее.
Чем отличаются kW, kVA, основная и резервная мощности?
kW — активная мощность, выдаваемая генератором; kVA — полная мощность, которую должен обеспечивать генератор переменного тока, включая реактивный ток электродвигателей. При стандартном номинальном коэффициенте мощности 0.8 генераторная установка на 100 kW имеет полную мощность 125 kVA.
ISO 8528-1 определяет категории мощности, используемые для генераторных установок:
| Режим мощности по ISO 8528-1 | Значение | Типовое судовое применение |
|---|---|---|
| Длительная мощность (COP) | Постоянная нагрузка, неограниченное число часов | Судовые генераторы, обеспечивающие постоянную базовую нагрузку |
| Основная мощность (PRP) | Переменная нагрузка, неограниченная наработка, средняя нагрузка за 24 h не выше 70 процентов PRP | Большинство судовых генераторов, нагрузка которых меняется в течение суток |
| Мощность ограниченного времени работы (LTP) | До 500 часов в год | Редко применяется на судах |
| Аварийная резервная мощность (ESP) | Переменная нагрузка, до 200 часов в год, во время отключений питания или испытаний | Аварийные генераторы |
Мощность двигателя генераторной установки обычно указывается отдельно, часто по ISO 3046-1. Поскольку КПД генератора переменного тока обычно составляет около 88–95 процентов, мощность двигателя брутто в kW должна превышать электрическую выходную мощность установки в kW.
Какой судовой генератор выбрать: дизельный или бензиновый?
Выбирайте дизель практически для любого коммерческого судна и для любого судна, которое уже использует дизельное топливо для главных двигателей. Дизель-генераторы расходуют меньше топлива на kWh, дольше служат при высокой нагрузке и позволяют избежать хранения бензина на борту.
Бензиновый судовой генератор может быть целесообразен на небольших судах с бензиновыми двигателями, где нежелательно использовать второй вид топлива. Он требует двух дополнительных мер. Во-первых, в моторном отсеке должны применяться электрические компоненты с защитой от воспламенения окружающих паров; в США это обязательно для прогулочных судов по 33 CFR 183 и также предусмотрено стандартами ABYC. Во-вторых, бензиновые двигатели выделяют намного больше угарного газа, чем дизели, поэтому необходимы датчики CO в жилых помещениях (ABYC A-24, датчики, испытанные по UL 2034) и регулярный осмотр выхлопной системы.
Как организованы вспомогательные двигатели на судах?
На судах, подпадающих под главу II-1 SOLAS, основной источник электроэнергии должен состоять не менее чем из двух генераторных установок, рассчитанных так, чтобы при остановке любой одной из них остальные продолжали питать потребители, необходимые для движения и безопасности. Их резервирует автономный аварийный источник, обычно аварийный генератор, расположенный выше самой верхней непрерывной палубы и вне главного машинного помещения.
Практические варианты компоновки на рабочих и небольших судах включают:
- Две или три одинаковые установки, чтобы одна работала, одна находилась в резерве, а одна могла проходить обслуживание.
- Стояночную установку меньшей мощности для низкой ночной нагрузки, что позволяет избежать работы большого генератора с малой нагрузкой.
- Валогенераторы с приводом от главного двигателя или редуктора на судах с длительными переходами в установившемся режиме.
- Параллельную работу с распределением нагрузки, позволяющую запускать и останавливать установки по мере изменения потребления.
Для судов с классом вспомогательный двигатель, генератор переменного тока и распределительный щит обычно должны иметь одобрение классификационного общества, а двигателям мощностью свыше 130 kW на судах, подпадающих под приложение VI MARPOL, требуется сертификат EIAPP. Унификация главных двигателей и генераторных установок на базе одного семейства упрощает снабжение запчастями; такой подход использован в проекте поставки двигателей сборщику генераторных установок.
Что нужно знать о генераторах для небольших катеров и парусных яхт?
Мощность небольших судовых генераторов для судов длиной менее примерно 12 m обычно составляет около 2–8 kW. Самые маленькие судовые дизель-генераторы — компактные агрегаты с одним–тремя цилиндрами, которые помещаются под настилом кокпита или в кормовом рундуке.
Перед установкой генератора на небольшом судне оцените, оправдывают ли нагрузки его наличие. На парусной яхте генератор главным образом используется для зарядки аккумуляторов, а мощный генератор переменного тока на двигателе, солнечные панели и литиевая аккумуляторная батарея с инвертором могут покрыть ту же потребность при меньшей массе и меньшем объеме обслуживания. Кондиционирование, электрическое приготовление пищи и опреснители — нагрузки, которые обычно делают установку генератора целесообразной.
Для более крупных катеров и рабочих судов компактные судовые дизели класса 40–75 kW, такие как судовой двигатель TD226B-3C мощностью 40 kW, дают представление о требуемом размере двигателя; уточняйте в техническом паспорте, поставляется ли конкретная модель в пропульсивном исполнении или в генераторном исполнении с постоянной частотой вращения.
Сколько стоит судовой генератор?
Цена судового генератора зависит главным образом от мощности, типа охлаждения, наличия шумозащитного кожуха, функций управления и параллельной работы, классификационной сертификации и уровня норм выбросов. Монтаж, выхлопная система, топливопроводы и работы с распределительным щитом могут существенно увеличить стоимость оборудования, поэтому сравнивайте предложения с одинаковым объемом поставки и работ.
MARS поставляет дизельные двигатели изготовителям генераторных установок и для судовых вспомогательных механизмов, проводит рабочие испытания двигателей перед отправкой с предоставлением письменного отчета и видео и отгружает на условиях FOB или CIF Шанхай. Для подбора мощности и расчета стоимости установки отправьте перечень нагрузок и сведения о судне.
Часто задаваемые вопросы
Какая мощность судового генератора мне нужна?
Сложите рабочую мощность всех одновременно работающих нагрузок, добавьте наибольший пусковой бросок электродвигателя и выберите установку, у которой нормальная нагрузка составляет около 50–80 процентов основной мощности. Небольшим круизным катерам часто требуется 4–8 kW; судам с несколькими кондиционерами обычно нужно 10–25 kW.
Чем судовой генератор отличается от обычного?
Судовая установка использует охлаждение через теплообменник или килевой охладитель, водоохлаждаемый выхлоп, коррозионностойкие материалы и защитное отключение, рассчитанное на закрытое машинное отделение. Наземный генератор обычно имеет радиаторное охлаждение и горячий сухой выхлоп, небезопасный под палубой.
Что такое вспомогательный двигатель на судне?
Вспомогательным называют любой двигатель на борту, кроме главного пропульсивного двигателя; чаще всего это дизельный двигатель, приводящий генератор. Суда, подпадающие под действие SOLAS, обычно имеют не менее двух вспомогательных генераторных установок.
Можно ли постоянно эксплуатировать генератор при низкой нагрузке?
Длительная работа дизельного генератора при нагрузке ниже примерно 30 процентов может приводить к накоплению несгоревшего топлива в выпускной системе, образованию нагара и разжижению масла топливом. Если базовая нагрузка невелика, выберите установку меньшей мощности или добавьте стояночную генераторную установку.
Для подбора судового генератора используют kW или kVA?
Рассчитайте нагрузку в kW, затем проверьте, достаточно ли номинальной мощности генератора переменного тока в kVA для питания электродвигателей; при коэффициенте мощности 0.8 значение kVA равно kW, делённому на 0.8. При большой доле электродвигателей ограничивающими факторами могут быть kVA и пусковой ток, а не kW.
