История электротехники - Коллектив авторов

Таким образом, до Великой Отечественной войны и в послевоенные годы в СССР эксплуатировалось лишь несколько турбоэлектроходов зарубежной постройки. В 1947 г. было принято решение о постройке серии мощных ледоколов для Арктики, предусматривалось также создание транспортных судов ледового плавания, которые могли бы следовать за мощными ледоколами.

В том же году организовывается специальное бюро по проектированию ледоколов и судов ледового плавания — ЦКБ-15 (позднее ЦКБ «Айсберг»), первой работой которого стал проект ледокола с турбоэлектрической установкой на постоянном токе мощностью 22 МВт.

В процессе проектирования этого ледокола специалисты ЦКБ-15 выполнили большой объем опытных работ и исследований, результаты которых были использованы в последующие годы при проектировании первого в мире атомного ледокола «Ленин» и атомных ледоколов второго поколения типа «Арктика» (главные конструкторы по электрооборудованию Г.А. Агафонов, Б.А. Горбунов).

Первым дизель-электроходом отечественной постройки стал танкер «Генерал Ази-Асланов», вступивший в эксплуатацию в 1950 г. На нем впервые применили тепловозные высокооборотные ДГ с дизелем Д50 и специально спроектированное и изготовленное электрооборудование. Дизели Д50 показали себя надежными в эксплуатации, и было решено оборудовать ими крупную серию проектировавшихся китобойных судов, отличающихся от судов транспортного флота более тяжелыми режимами эксплуатации.

Китобойное судно имело один вал с двухъякорным ГЭД постоянного тока мощностью 2x1400 кВт напряжением 920 В на каждом якоре и частотой вращения 180/200 об/мин, использовалось четыре главных ДГ типа 5Д50, каждый из которых состоял из дизеля Д50 и одноякорного генератора постоянного тока мощностью 760 кВт напряжением 460 В при частоте вращения 740 об/мин. Цепь главного тока одноконтурная с попеременно-последовательным соединением генераторов и якорей ГЭД. Машинные возбудители генераторов и ГЭД обеспечивали постоянство мощности дизелей во всех режимах работы ГЭУ. Головное китобойное судно серии «Мирный» вступило в строй в конце 1956 г. (всего за период с 1956 по 1964 г. было построено 90 судов, которые входили в состав всех советских китобойных флотилий).

Высокая скорость (17 узлов), хорошие маневренные качества и экономичность показали их преимущества перед аналогичными судами с другими энергетическими установками при эксплуатации в Арктике и на Дальнем Востоке. При проектировании в ЦКБ «Балтсудопроект» (главные конструкторы по электрооборудованию А.В. Черников, Е.И. Трапер) рефрижераторного судна типа «Актюбинск» и сухогруза типа

«Днепрогэс» в ГЭУ этих судов были применены созданные к этому времени транспортные двигатели-дизели типа Д100.

В состав ГЭУ этих судов входили четыре ДГ типа ЗД100, каждый из которых состоял из одноякорного генератора постоянного тока мощностью 1375 кВт напряжением 500 В; один двухъякорный ГЭД постоянного тока мощностью 2x2580 кВт напряжением на якоре 1000 В и частотой вращения 115/140 об/мин; щиты, преобразователи, посты управления.

Цепь главного тока была одноконтурная, как и на китобойном судне «Мирный», с попеременно-последовательным соединением генераторов и ГЭД.

В 1960 г. вступил в строй головной рефрижератор типа «Сибирь» (всего было построено 60 судов), который являлся улучшенным проектом рефрижератора типа «Актюбинск» (ЦКБ-32 и ЦКБ-53).

При таком же составе ГЭУ, как и на судах «Актюбинск» и «Днепрогэс», рефрижераторы типа «Сибирь» имели следующие отличия: цепь главного тока обеспечивала 33 сочетания (из 35 возможных) включения генераторов и якорей ГЭД вместо семи; при потере вращающего момента одним из последовательно включенных ДГ цепь обеспечивала при мощности оставшихся генераторов ход судна и реверс ГЭД в течение 5 мин, что повышало безопасность судна при плаваниях в узких местах и при его швартовке.

50-е годы характеризовались началом массового строительства отечественных судов с ГЭУ. Электротехническая промышленность осваивает новые типы электрических машин, щитов, аппаратуры, устройств и других элементов ГЭУ. Накапливался опыт проектирования, строительства и эксплуатации электроходов.

Решению задач восстановления отечественного флота в относительно короткие сроки способствовало создание ряда ДЭУ на основе дизелей общего применения типа Д50 и Д100 для китобойных судов, производственных рефрижераторов промыслового флота, грузопассажирских, сухогрузных, ледокольно-транспортных судов и др. Эти ДЭУ отличались относительно малой удельной массой, большой надежностью благодаря нескольким главным агрегатам, наличием изолированного центрального поста управления (ЦПУ) в машинном отделении с дистанционным управлением ГЭУ, а также дистанционным управлением всей энергетической установкой из рулевой рубки.

В 1959 г. вступил в строй первый в мире атомный ледокол «Ленин», спроектированный ЦКБ «Айсберг» (ЦКБ-15). В состав ГЭУ входило следующее основное оборудование: четыре главных ТГ, состоящих каждый из турбины с редуктором, от которого приводились два двухъякорных генератора постоянного тока мощностью 2x1920 кВт напряжением 2x600 В при частоте вращения 595 об/мин; на каждой турбине у одного из двух генераторов оба якоря были электрически соединены для параллельной работы и имели уравнительные обмотки и общую коробку выводов; три двухъякорных ГЭД постоянного тока; средний ГЭД мощностью 2x7200 кВт напряжением 2x1200 В при частоте вращения 150/195 об/мин; два бортовых ГЭД мощностью 2x3600 кВт напряжением 2x1200 В при частоте вращения 150/215 об/мин; возбудители, щиты, пульт управления, дистанционный пост управления и другое оборудование.

Многолетняя эксплуатация атомного ледокола «Ленин» подтвердила перспективность использования АЭУ на ледоколах. Был накоплен ценный опыт и определены пути дальнейшего развития ледокольного флота. Для растущих грузоперевозок Северным морским путем необходимо было пополнить флот ледоколами с более мощными атомными установками.

ЦКБ «Айсберг» выполнило проектирование атомных ледоколов второго поколения с АЭУ мощностью 55,2 МВт, превосходящих ледокол «Ленин» по мощности в 1,7 раза, по энерговооруженности и удельной тяге в 1,5 раза. На ледоколах нового поколения принято иное распределение мощности между гребными винтами, существенно изменены состав и компоновка энергетического оборудования.

Трехвальная ГЭУ переменно-постоянного тока стала первой отечественной установкой, выполненной по схеме генератор переменного тока — кремниевый выпрямитель — ГЭД. Такое построение ГЭУ обеспечило создание двухтурбинной установки с уменьшенными массогабаритными характеристиками и повышенными технико-экономическими показателями по сравнению с установками на постоянном токе. Применение генераторов переменного тока позволило создать паровую турбину с оптимальными энергетическими показателями, соединить генераторы с турбиной непосредственно, без редуктора, разместить два турбогенераторных агрегата в одном машинном отделении.

В состав ГЭУ входит следующее основное электрооборудование: два ТГ мощностью по 27 570 кВт при частоте вращения 3500 об/мин; шесть выпрямительных установок; три двухъякорных ГЭД постоянного тока мощностью по 2x8800 кВт; шесть нереверсивных тиристорных возбудителей ГЭД; три щита электродвижения, пульт электродвижения и три дистанционных поста управления.

Каждый ТГ состоит из турбины и соединенных с ней по одной оси трех синхронных генераторов мощностью по 9 МВт напряжением 780 В частотой 116,7 Гц. Генератор имеет одну обмотку возбуждения и две статорные обмотки.

Цепи главного тока всех трех ГЭД одинаковые и состоят из двух электрически не связанных между собой контуров. Носовые якоря ГЭД получают питание от правого турбогенератора, а кормовые от левого. Такое построение схемы обеспечивает работу каждой главной турбины одновременно на все три ГЭД. В случае выхода из строя одной турбины все три гребных винта будут иметь вращающий момент, что особенно важно в ледовых условиях для обеспечения сохранности лопастей винтов.

Передача электроэнергии от генераторов к ГЭД осуществлена при помощи шинопроводов. Применение шинопровода постоянного тока протяженностью 550 м осуществлено в проекте отечественного судостроения впервые.

Регулирование мощности и ограничения тока главной цепи в различных режимах производится воздействием на возбуждение генераторов и ГЭД с помощью обратных связей по току и напряжению.

Ледокол «Арктика» вступил в строй в 1974 г. и в автономном плавании достиг Северного полюса.

В 1985 и 1989 гг. закончилось строительство еще двух ледоколов по модернизированному проекту — «Россия» и «Советский Союз».

На судах зарубежной постройки ГЭУ начали развиваться с 1911 г. К концу второй мировой войны флот зарубежных стран насчитывал сотни судов с турбо- и дизель-электрическими установками. В основном в этот период суда строились с ГЭУ постоянного тока, в которых генераторы и ГЭД, как правило, соединялись по схеме генератор — двигатель.