ВЛИЯНИЕ ПУЛЬСАЦИЙ ВЫПРЯМЛЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ НА ДИНАМИКУ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ ГРЕБНОГО ВАЛА В МАНЕВРЕННЫХ РЕЖИМАХ

ВВЕДЕНИЕ

Современные судовые пропульсивные установки с электрическим приводом все чаще оснащаются частотно-регулируемыми асинхронными двигателями. Цель настоящей работы — установить количественную взаимосвязь между параметрами пульсаций выпрямленного напряжения и тепловым состоянием подшипника скольжения гребного вала в маневренных режимах, а также предложить меры по снижению неблагоприятного теплового воздействия [1].

ХАРАКТЕР ПУЛЬСАЦИЙ ВЫПРЯМЛЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В МАНЕВРЕННЫХ РЕЖИМАХ

Амплитуда пульсаций зависит от угла открытия тиристоров α, который изменяется в процессе регулирования скорости. В маневренных режимах, характеризующихся частыми изменениями скорости, угол α непрерывно варьируется, что приводит к изменению амплитуды пульсаций в широких пределах — от 3–4 % на номинальной скорости до 12–15 % на малых скоростях (при α близком к 90°). Это связано с тем, что при малых углах открытия выпрямленное напряжение имеет более сглаженную форму, а при увеличении угла α форма напряжения приближается к ступенчатой с глубокими провалами [2].

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СНИЖЕНИЮ ВЛИЯНИЯ ПУЛЬСАЦИЙ

Наиболее радикальным способом является установка на выходе преобразователя частоты пассивных или активных гармонических фильтров. Пассивные LC-фильтры, настроенные на частоту 300 Гц (или 600 Гц), позволяют снизить амплитуду пульсаций с 8 % до 2–3 % при относительно низкой стоимости. Однако их применение требует точной настройки и учета изменения частоты сети в процессе эксплуатации. Более эффективными являются активные фильтры, которые в режиме реального времени генерируют компенсирующие токи, снижая пульсации до уровня менее 1 %. Их недостаток — высокая стоимость (до 500 тыс. рублей) и сложность обслуживания [3].

Оптимизация алгоритмов управления преобразователем

Целесообразно модифицировать алгоритм управления тиристорным преобразователем таким образом, чтобы в маневренных режимах (при частоте вращения менее 50 % номинала) автоматически включался режим пониженных пульсаций. Это достигается путем увеличения тактовой частоты модуляции или переключением на многоуровневую схему выпрямления. При этом допустимо некоторое снижение КПД преобразователя (на 1–2 %), но это компенсируется повышением надежности подшипникового узла.

Контроль температуры подшипника в реальном времени

Рекомендуется установка на каждом опорном подшипнике гребного вала термодатчиков (термосопротивлений Pt100 или термопар) с автоматической регистрацией температуры и передачей сигнала в систему мониторинга технического состояния судна. При превышении температуры 75 °C система должна выдавать предупреждение, а при 80 °C — автоматически снижать скорость вращения или отключать преобразователь частоты (с возвратом на прямой пуск от сети). Это предотвратит аварийный перегрев и разрушение подшипника.

ВЫВОД:

Рекомендуется включить контроль амплитуды пульсаций выпрямленного напряжения и температуры опорных подшипников в штатную систему мониторинга технического состояния судовых пропульсивных установок.