罗-罗新推混合轴带发电机

2011-07-18 08:36 | 国际船舶网 配套动态


 
崭新推进系统根据船舶的具体工作模式,优化发动机和螺旋桨速度,因此轴带发电机不必以恒频运行。轴带发电机广泛用于为各类船舶供电,可提高供电的经济性,并缩短辅助发电机组的工作时间。但它也存在一些局限。船舶电力系统通常要求固定频率,而这意味着发动机速度必须恒定,虽然一些船舶的设计允许频率在60Hz至50Hz之间变化和一定的速度变化。也有一些电力和机械系统可在发动机速度变化时使发电机速度保持恒定。
如今,随着罗尔斯•罗伊斯推出正申请专利的混合轴带发电机(HSG-Concept),这全面改变了上述情况。HSG-Concept实际上是一种先进的电力系统,可以调节来自轴带发电机的电力,从而使配电盘的电压和频率恒定不变,同时保持正确的相位角,以便与其它并联发电机组匹配。这为更灵活利用发动机和螺旋桨的速度变化开辟了新的途径,通过确保螺旋桨和发动机以设计工况点运行,确保最大程度提高它们的效率。这一更加高效的系统还有助于降低二氧化碳和氮氧化物的排放。
HSG-Concept还可以控制轴带发电机使其作为电动机使用,为驱动螺旋桨提供动力。崭新HSG-Concept对各类船舶均能带来益处,但这些益处也因具体应用而有所不同。
罗尔斯•罗伊斯动力与电力系统技术副总裁John Roger Nesje表示:“HSG-Concept将使固定发动机速度成为历史,对于在各种模式下运行的船舶而言,HSG-Concept可以显著降低柴油机械设备的油耗。”他表示:“通过降低发动机和轴系的转速,可以优化螺旋桨和发动机的效率。当转速降低时,螺旋桨的损耗也会相应降低;当柴油发动机在低负载条件下降速时,其效率将会提高。”他说,“举例而言,以固定的额定转速和零螺距运行时,一台典型的6500kW调距桨的功率损耗约为900kW。在电网仍为固定额定频率和电压的情况下,HSG-Concept可降低发动机转速,从而将轴系转速降至怠速。因此,零螺距功率损耗能降低800kW。这样可提高柴油发动机的效率,从而直接再降低5%-8%的油耗。
John Roger Nesje指出:“即使在更高负载的情况下,也可以通过降低转速来减少油耗。譬如,配备上述类型螺旋桨,最高速度为20节的船舶通常会以固定发动机和螺旋桨转速、短螺距和14节的速度航行。但如果采用HSG-Concept,在保持14节的速度同时,可将螺距增加一倍而发动机和轴转速降低30%,从而使能耗从1900kW降至1500kw,约减少20%。”他表示:“采用相同的HSG-Concept将轴带发电机作为电动机使用,可以进一步优化能效。”
配备中速发动机通过齿轮箱驱动调距桨或主推进器的船舶是HSG-Concept的目标对象,因为船舶的速度通常是通过改变螺距来加以控制,也可采用协调器控制,允许发动机速度以及螺距有一定程度的变化。如上所述,发动机全速运行时通常效率较低,尤其是当螺旋桨以全速、短螺距、高损耗运行时。
HSG-Concept可以改变这种情况,它能设定发动机和轴的速度,以最经济的方式提供动力,确保螺旋桨在给定条件下以最大效率、速度及螺距运行。在极低轴速下,轴带发电机仍可正常运行,向主配电盘馈电并为船舶电力负载供电,而无需运行辅助发电机组。当船舶长时间以极低速度航行时,或在码头缓慢前进等待停靠点时,HSG Concept可将轴带发电机用作PTI电动机。主发动机可以关闭而不是怠速,改由一台或多台以有效负载运行的发电机发电用于推进。
新型驱动也适用于配备直接联接式低速柴油发动机和定距桨的商船。此类推进系统中的轴带发电机存在这样一个传统问题:船速控制仅能通过改变发动机转速来实现。在航行过程中,即使是天气条件导致的微小发动机速度波动,也会对固定频率轴带发电机系统带来问题。HSG-Concept允许发电机出现速度变化,但电气设备仍会获得正常的电压和频率,因此,可以更加充分的利用轴带发电机,从一台高热效率运行的大型柴油发动机馈电,而不需要辅助发电机组连续运行。
而对于冷藏货船,因为在装载前可使用轴带发电机供电进行冷却,从而减少发电机组的数量与体积,节约更多空间。
近海作业船广泛采用轴带发电机。对于配备机械/电力混合传动装置的船舶,可以节省专用 PTI电动机的费用并降低复杂性,HSG-Concept具有提供多模式操作的灵活性。模式转换不再需要船员进行大量系统设置工作,而可实现自动化——只需选择下一个操作的所需模式并发出指令即可。
运行模式需要不同推进功率值的其它船型,例如游艇和渔船等,也能利用HSG系统混合推进的优势,降低油耗、噪声及振动。
HSG-Concept的运行主要基于两个步骤的电力变换,并利用罗尔斯•罗伊斯开发的电力电子设备及主动前端(AFE)技术,从而无需使用大体积变压器。第一步是将变频交流电变换为直流电。第二步是将直流电变换为定频交流电,其“速度降低”的特性使得系统对于配电盘和其它相连的供电设备而言,变成一个并联运行,且稳定负载分配的标准发电机组。该驱动装置适用于440V和690V系统,功率范围在100kw至5000kw之间。
新型罗尔斯•罗伊斯驱动装置不仅适用于新船,对营运船舶进行改装不仅可提高成本效率,还有助于减排。当现有轴带发电机由来自齿轮箱的二级PTO驱动时,改装就会非常容易。HSG-Concept可以操作同步和异步电机,因此现有发电机可以保留。改装时需要安装驱动箱并对配电盘进行一些改造。其它船型应根据具体情况进行评估。
所有在港船舶都可从HSG-Concept受益。如果岸电箱供应存在,岸电连接模式可以使船舶连接至正常岸电(50Hz),HSG-Concept对岸电频率进行变换与船舶60Hz电力系统相匹配,无需运行任何辅助发电机组,从而节约燃油并减少排放。
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