Дизельный морской генератор

Для нормального функционирования оборудования, приборов и техники на корабле необходимо электричество, которое можно получить с помощью генераторов, работающих на бензине либо дизельном топливе (газ как топливо не используют по причине безопасности). Подобные устройства выступают как независимый дизельный генератор или источник питания, позволяя значительно сократить расходы на эксплуатацию парома, корабля, яхт из-за отсутствия необходимости установки мощных дорогостоящих аккумуляторных батарей.  К подобным дизельным генераторам можно подключать силовые установки и агрегаты, приборы освещения, оборудование для связи с береговыми службами и другими кораблями, плиты и другую технику для обеспечения комфорта во время поездки.

Современный стандартный судовой дизельный генератор на определенное количество кВт (кВа) представляет собой комплект оборудования, в который входят непосредственно электростанция, насос для откачивания масла, система выхлопа и пульт, позволяющий вести управление в дистанционном формате из другого помещения, с капитанского мостика. Вне зависимости от типа подобный дизельный или бензиновый генератор должен быть достаточном мощным и выдавать необходимую мощность в ква (кВт) для работы всего перечня электрооборудования на корабле с учетом пусковых токов, которые значительно выше, чем для обычных бытовых потребителей.

Морские дизельные судовые генераторы       

На борту любой яхты, катера находится масса электрооборудования, требующего стабильного источника питания (генератор здесь идеален). Речь про нагреватели воды, холодильники, СВЧ-печь, осветительные приборы, электроплиту и другие предметы, обеспечивающие должный уровень комфорта. При этом для стабильной работы всего оборудования яхты оборудование должно выдавать стабильные параметры тока (частота, напряжение, итоговая мощность в кВт или кВа), что предотвратит выход из строя.

Для обеспечения нужных параметров тока необходимо обеспечить фиксированную скорость вращения вала дизеля, входящего в состав дизельного либо бензинового генератора. Так, для получения от установки на дизельном топливе стандартной частоты тока в 50 Гц она должна составлять 3000 или 1500 оборотов в мин при условии, что на роторе находится, соответственно, одна или две пары полюсов (это стандартные значения для двигателей). При этом подобная частота должна поддерживаться на одном уровне вне зависимости от уровня нагрузки в сети. Для решения подобной задачи на катерах и других судах используют дизельные судовые генераторы с переменной и постоянной во времени скоростью вращения выходного вала, с которого снимается полезная нагрузка в виде крутящего момента. При этом последние пока распространены больше за счет более доступной цены.

Одновременно подобное оборудование вне зависимости от числа кВт, которые выдает мощность, должно иметь минимальный уровень шума для сохранения комфорта для всех пассажиров катера, быть надежным, позволяя не беспокоиться о состоянии техники в длительном по времени переходе. Для этого можно увидеть модели на разное число кВт, где после дизеля находится редуктор или ременная передача, которые снижают частично вибрации, ступенчато корректируют скорость вращения, но более точную корректировку под силу выполнить только электронике.

Сегодня для яхт и катеров выпускают два типа дизельных генераторов мощностью на разное количество кВт: с переменной и постоянной во времени скоростью. При этом последние варианты более распространены (они имеют простое и доступное обслуживание, выдают высокое качество тока, стабильную мощность в кВт).

AC дизельные судовые генераторы

Все судовые дизельные генераторы вне зависимости от кВт имеют схожий принцип действия, основанный на преобразовании энергии вращения в электрическую. Происходит здесь это за счет наличия обмотки возбуждения и комплекта постоянных магнитов, которые формируют в кожухе (корпусе) первичное электромагнитное поле. При этом из-за вращения ротора происходит изменение магнитного потока, который проходит через обмотки якоря, что формирует переменное напряжение и дает на выходе нужную мощность.

Судовые дизельные генераторы на дизельном топливе, где обмотка возбуждения находится на роторе, очень похожи на обычные автомобильные. Главным отличием здесь станет сохранение слабого уровня остаточного магнитного поля после остановки генерации кВт. Подобное позволяет сразу после повторного запуска подать на выход достаточное для работы напряжение. Оно формирует ток в обмотке и быстро выводит дизельный судовой генератор на подачу полной мощности, что дает гарантии для стабильной работы бортового оборудования.

На яхтах и катерах для питания электроприборов на относительно небольшое число кВт используют часто бесщеточный генератор в кожухе. Подобные решения не позволяют регулировать ток напрямую, а сами подобные судовые дизельные генераторы не очень точно стабилизируют выходную частоту и напряжение, не лучшим образом держат пусковые токи. Одновременно подобная установка имеет ряд преимуществ по сравнению с иными типами. В первую очередь, речь о простоте техобслуживания и общей надежности, что позволит ремонт отнести на более отдаленное время.

Рекомендуемые параметры АС генераторов

• Если стоит выбор между дизель генератором на одинаковое количество кВт со скоростью вращения 1500 и 3000 оборотов в мин, то лучше купить первый в кожухе из-за меньшего уровня вибраций и шума (одновременно он будет дороже из-за большего количества меди, а доставка затруднена немного из-за большего веса).
• Лучше сделать выбор в пользу дизель моделей на нужное число кВт с тремя или шестью цилиндрами, чем их 2-х или 4-х цилиндровые аналоги по причине меньшего шума, хотя стоит подобное оборудование несколько дороже.
• Предельный крутящий момент, который выдает судовой дизель генератор в защитном кожухе на определенное число кВт, должен быть на уровне рабочей частоты дизельной установки или немногим меньше ее;
• расположение точек, которые имеет на кожухе дизельный генератор на нужное число кВт (фильтр, свечи и так далее), должно быть на одной стороне для простоты и удобства выполнения работ.
• Уровень мощности в кВт судового дизельного генератора должны быть таким образом, чтобы он основную часть времени работал в диапазоне 35-70% от номинала, где фиксируется максимальное значение КПД, а ниже уровня 25% опускания были минимальными.
• Пиковая выдаваемая основная активная мощность в кВт должна полностью соответствовать уровню пускового тока используемого дизеля (так, разные дизель модели с одинаковой мощностью могут иметь разные подобные параметры).
• По всему рабочему диапазону мощности дизеля в кВт, начиная с холостого хода и заканчивая полной нагрузкой, отклонение уровня частоты выходного напряжения и амплитуды от номинала не должно быть выше 5% (оптимально, если оно будет не более 1.5%). Подобный момент особенно актуален для небольших бесщеточных моделей, где параметр может сильно отклоняться в период изменения нагрузки.
• Температура, которую набирает дизельный генератор при длительной работе на полной номинальной мощности в кВт (кВА), не должна сильно превышать уровень температуры вокруг (для этого лучше выбрать опять модель с большим количеством меди в обмотках и организовать качественное охлаждение).
• Наличие автоматического отключения подачи топлива при падении уровня давления масла, повышения температуры отработанных газов, антифриза или непосредственно медных обмоток для защиты от заклинивания и других проблем, которые может получить дизельный генератор.

DC судовые дизельные генераторы

Использование дизельных и бензиновых генераторов с постоянным выдаваемым напряжением и нужное число кВт на судах началось очень широко в последние годы. Причина в развитии более удобных инверторов и появлении на рынке устройств, которые выполняют автоматический старт генератора. Здесь источником электроэнергии выступает судовой дизельный генератор с постоянными магнитами либо встроенной обмоткой. Подобные устройства выдают ток с напряжением в 240 вольт, а преобразование его до приемлемого для АКБ уровня идет с помощью внешнего специального блока, который может быть установлен на большом удалении непосредственно от источника тока. Использование подобных DC генераторов дает несколько преимуществ:

• размещение электроники на удалении от непосредственного источника тепла в качестве которого выступает непосредственно двигатель дизель генератора на нужное по мощности количество кВт (кВА);
• использование современных бесщеточных генераторов, которые имеют высокий уровень КПД за счет наличия постоянных магнитов;
• высокий уровень эффективности одновременно с оптимальным форматом работы привода, что повышает общий уровень КПД относительно классического дизеля, поэтому оплата выдаваемой мощности будет меньше в пересчете на кВт;
• система водяного или иного жидкостного охлаждения привода, относительно малый вес или размеры, что актуально для судна, где каждый метр пространства в цене.

 Судовые дизельные генераторы с переменной скоростью

Традиционный дизельный генератор вне зависимости от кВт имеют два серьезных недостатка:

• Уровень напряжения имеет нужную частоту лишь в случае, когда скорость вращения находится на постоянном номинальном уровне (обычно для типового решения это 1500 или 3000 оборотов в мин), но на практике подобные условия не позволяют развить полную мощность в кВт (кВА), что снижает уровень КПД.
• Обороты привода в мин должны быть постоянными вне зависимости от режима работы (холостой ход, полная нагрузка), но при отсутствии последней эффективность дизель-генератора очень низкая и происходит снижение ресурса, увеличивается стоимость обслуживания.

Выходом здесь станет дизельный генератор или блок на нужную мощность в кВт (кВА), имеющие переменные обороты двигателя в мин. Этот тип оборудования выдает напряжение потребителям после предварительных преобразований. Первоначально идет превращение переменного тока в постоянный с помощью выпрямителей, а затем обратное преобразование, что позволяет стабилизировать основные параметры тока перед подачей нужного количества кВт (кВА) в бортовую сеть судна. Одновременно появляется возможность увеличить уровень КПД привода, а также технически упростить систему за счет возможности отказаться от шкивов, ремней, щеток и иных каких-либо корректировок (со всем этим справляется ротор с постоянными электромагнитами). В итоге дизельный генератор в пересчете на мощность в кВт становится компактней, легче, обеспечивая подачу тока высокого качества.

Ходовой дизель двигатель в качестве судового источника тока           

Стандартно на судах все модели ходовых двигателей дополнительно оснащаются генератором на определенное число кВт (кВА). Особенность подобного устройства в подзарядке запускающего аккумулятора и подачи питания на бортовой электростартер вовремя, когда работает дизель. Обычно мощность подобного лодочного дизель-генератора составляет 2-2,5 кВт, что достаточно для решения основного списка задач, но одновременно использовать их для параллельной зарядки сервисной батареи с большой емкостью невыгодно. Причина в технических особенностях тягового АКБ, где активный материал повышенной плотности впрессован в утолщенные пластины. Подобный момент ведет к ситуации, что при росте поверхностного напряжения на пластинах падает ток, что не позволяет зарядить батарею даже при продолжительной беспрерывной работе привода.

Впрочем, дизельные генераторы судовых двигателей на нужное число кВт (кВА) можно превратить в многоступенчатое ЗУ, что позволит отказаться от дополнительной бензиновой либо дизельной модели. Для этого используют такой же подход, что и в моделях, имеющих переменную частоту вращения. Речь про подачу напряжения на тяговую АКБ через преобразователь, который корректирует параметры тока, где последний равен номиналу, а постоянное выдаваемое напряжение преобразуется в 4-ступенчатую кривую. Последняя меняется при необходимости с учетом состояния аккумулятора. Так, на первоначальном этапе работы дизель генератора на нужное количество по мощности кВт (кВА) идет поддержка постоянного тока, потом стабильного значения напряжения, а после завершения зарядки последний параметр падает так, чтобы не произошла перезарядка, но был компенсирован естественный самопроизвольный разряд.

Преимущества современных зарядных конверторов

Дизельный генератор данного типа (если обеспечена должная мощность) в качестве источника тока для зарядки батарей зарядных конверторов дает несколько преимуществ:

• ускорение зарядки батареи сразу в 5-10 раз, что делает их идеальными судов, позволяя на типовой небольшой морской яхте отказаться от использования переносного источника, сэкономив полезное пространство и не потеря в надежности;
• простота установки и отсутствие специального технического обслуживания, что сокращает расходы на генератор;
• доступная цена подобной модели, которая ниже любой классической установки в пересчете на мощность в кВт (кВА);
• возможность выдачи тока в диапазоне 30-120 ампер, а за счет возможности подключения нескольких устройств параллельно, учитывая необходимый объем энергопотребления во время движения;
• возможность подзарядки аккумуляторов емкостью до 600 ампер-часов, выдающих напряжение в 12, 24 вольта и нужную мощность;
• наличие специального режима для зарядки на нужное количество кВт (кВА) разных типов батарей, включая гелевые, жидко-кислотные, AGM и иных, что делает оборудование полностью универсальным.

Разновидности генераторов

По назначению системы все виды судовых дизельных судовых генераторов делят на три группы:

• основные;
• вспомогательные;
• аварийные.

Первые обеспечивают электроснабжение в штатном режиме эксплуатации, а для повышения мощности в периоды пиковых нагрузок используют вспомогательные источники питания, которые подключаются только во время необходимости, снижая общую нагрузку на основное оборудование.

 Аварийные используют в нештатных ситуациях, когда основные судовые генераторы вышли из строя. Они имеют меньшую мощность, которой должно быть достаточно для питания систем аварийного освещения, системы связи и сигнализации, сигнальных средств, навигационного оборудования, рулевого устройства, пожарного насоса и других критических систем, позволяющих добраться до порта или дождаться помощи. Запаса топлива у последнего должен составлять не менее 12 часов непрерывной работы, а стартовать аварийный дизельный судовой генератор, чтобы выдавать нужную мощность в кВт, должен автоматически при падении напряжения либо вручную. В последнем случае должен быть обеспечен легкий доступ с палубы.

Вне зависимости от типа подобные установки должны иметь высокую степень автономности и эксплуатации, иметь хорошую производительность и долговечность в условиях агрессивной внешней среды (влажность, большой содержание солей). Если модель имеет морское исполнение, то без потери качества электроснабжения она должна выдерживать бортовой крен в пределах 45 градусов и дифферент до 22 градусов.

На российском рынке продаются морские генераторы от российских и зарубежных производителей. К числу первых относится Алтайский моторный завод из Барнаула, Тутаевский моторный завод, Ярославский моторный завод. Из зарубежных производителей отметим японскую компанию Янмар. Этот производитель выпускает мощные судовые генераторы с воздушной системой охлаждения, которая защищена от контакта с внешней средой специальными контейнерами, которая дополнительно снижает уровень шума.

Требования регистра к судовым генераторам

Критически высокая важность дизеля привела к необходимости внесения оборудования в специальный регистр. В общем случае, дизельный судовой генератор на нужное количество кВт(кВА) должен удовлетворять следующим техническим требованиям:

• номинальная частота вращения отличается от критической для первичного двигателя, как минимум, на 20%;
• при параллельной работе двух первичных двигателей последние должны иметь равные характеристики;
• регулятор скорости вращения в период набора или сброса полного уровня нагрузки должны поддерживать скорость вращения в мгновенном измерении с отклонением в пределах 10%, а в установившемся режиме в пределах 5%;
• набор штатной скорости вращения должен идти не более 5 секунд;
• регуляторы должен предусматривать возможность корректировки скорости, с которой вращается судовой дизельный генератор тока, в пределах 10% в каждую из сторон;
• турбированные генераторы с принудительной системы смазки должны автоматически останавливаться при падении давления.

Подробнее информацию можно получить в нормативной документации.