吊舱式电力推进系统

吊舱式电力推进系统 1　Azipod电力推进技术 约13年前,当时芬兰海事局开始寻求在冰区航行具有更高性能的破冰船的解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,其初步想法是推进电机应该提供任意方位的推进力,由此ABB便提出了Azipod的原型方案并提交给Kvarner Masa船厂制造,相关的Azipod推进技术也申请了专利。 1.1　Azipod的运行情况及最新应用 现在,Azipod吊舱式电力推进系统已成为大型豪华游轮的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 配置。自1990年第一套Azipod系统安装下水,截止到2001年8月,ABB公司收到的Azipod系统的订单共计101套(总装机功率1067MW),其中45套系统已交付使用(总装机功率376.6MW),其累计运行时数已超出30万小时。 Azipod原型研发船是“Seili”号航道服务船。该船自1990年改装下水,其1500kW的Azipod系统一直到现在还在运行,没有出现任何故障。 接下来采用Azipod的船舶为建造于1978年的16000载重吨的成品油轮“Uikku”号,其由常规机械推进改造成Azipod推进的工程完成于1993年,Azi-pod的功率为11400kW,船体按照Class 1ASuper破冰等级建造,Azipod破冰等级则为DNV的Class10。目前,Azipod电力推进系统是穿越北海-东海航线唯一经济上可行的推进方案,因为它在无破冰船的帮助下仍可非常安全地在冰区航行。 “Uikku”号和“Lunni”号令人满意的试验结果和可靠的运行经验促成Carnival游轮公司(CCL)在1995年秋天决定为其“Elation”号和“Paradise”号两艘豪华游轮选用Azipod电力推进系统,每艘游轮装备2套14000kW的Azipod系统。 Voyager级豪华游轮是目前全球最大吨位的游轮,每艘游轮采用两套14000kW的Azipod系统再加上一套14000kW的固定Azipod系统(Fixipod)。该系列游轮也是第一次拥有动态定位功能(DP)的豪华游轮,Azipod推进系统加上4台3000kW的艏侧推组成的强大动力,使得每一艘这样的海上巨无霸能够在风速高达18米/秒的来自任何方向的大风环境下保持良好的定位能力。 去年秋天ABB接到了一个来自日本Yokosuka船厂的Azipod的订单,用于两艘阿法拉型106000载重吨的双向航行原油轮。每艘油轮将采用一套循环交交变频控制的16000kW的Azipod推进系统,配置5台发电机及相应的配电系统。该双向航行油轮 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 为在开阔水域船艏向前行驶,而在重冰区域则船艉向前行驶,因为船艉线形设计适合于破冰需要,并由Azipod为航行中的船体和冰块之间提供润滑水流。Azipod的破冰性能是如此优越,以至于即使在1米厚的重冰区油轮还能以3节的速度航行。首船将于2002年6月交付使用。 1.2　Compact Azipod的应用 Compact Azipod的第一批范例船舶之一是一艘渡轮,它装备了两台500kW全回转牵引式推进Compact Azipod,可以在冰区全年航行。该船选用Compact Azipod不仅仅因为其高可靠性,更由于其高效率以及在低负载工况下的低污染排放水平。 另一个 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 是为英国Appledore船厂建造的两艘英国皇家海军考察船提供Compact Azipod推进系统,促成该合同生效的主要原因是Compact Azi-pod极佳的推进性能以及系统全寿命周期费用较低,这也将是英国皇家海军第一批采用全电力推进和Azipod系统的船舶。 最近的一个应用是为新加坡PPL船厂建造的两艘半潜式钻井平台提供Compact Azipod系统,每艘钻井平台将配置八套3200kW的Compact Azipod系统。 发电及推进传动系统 2.1　发电及配电系统 要装备Azipod推进系统,则船舶必须装备电站,即采用多台中速柴油发电机组供应船舶上所有电力负荷,包括Azipod推进动力及其他用电负荷。 电站电压等级选择的条件之一是将负荷电流及短路电平控制在各主要配电设备的额定值以内。一般来说,只要总功率不是太高,690V应该是最经济的选择。目前,实际运行的最高电压等级为11kV，随着功率需求的增加,电站的电压等级也要随之提高。 2.2　推进传动 电力推进系统可以采用多种多样的传动方法组成。最简单的方法可以由同步电机或异步电机直接推进变距螺旋桨,但目前对于大功率的现代推进系统,大多已采用变频传动方式。 直流传动技术的电力推进系统有超过60年的应用历史,但随着20年前ABB公司将交流传动技术引入船舶电力推进领域,现在新的造船项目中都无一例外地采用交流传动技术。 在功率范围4000kW以内,最常用的选择是低压的PWM变频器,而当功率增加至8000kW以内,则中压的PWM变频器加异步电机目前已成为一种标准配置。 更高功率的传动则有两种选择,一是循环交交变频(Cycloconverter),一是同步变流器(LCI)。循环交交变频器是将输入电压的额定频率直接转换为适合于可直接推进的较低转速频率,并且循环交交变频器可运行在电机功率因素为1.0的工况下,这对于采用吊舱式推进的电机设计无疑可带来很大好处。而同步变流器(LCI)则由于采用中间直流换流电路,因此可运行在更大的频率范围,但它在低转速频率运行工况下必须采用特殊的换流控制方法。 目前变频传动技术一方面是向提供更高轴功率的方向发展,另一方面新型变频器如中压等级的DTC(直接转矩控制)变频器加同步电机则可能会逐步取代传统的大功率变频技术。 DTC是交流调速理论继矢量控制之后一个重大突破,它的理论基于磁链和转矩的“直接自控制(Direct Self-Control)”,也即直接计算电机的定子磁链和电磁转矩,由磁链和转矩的砰-砰控制产生PWM信号,对逆变器的开关状态进行控制。 众所周知,转矩是定子、转子磁通矢量或转子电流和磁通的矢量乘积 式中:Te———计算气隙转矩 Pn———电机的极对数 σ———电机的漏磁系数 Ψr———转子磁通矢量 Ψs———定子磁通矢量 Lm———等效定子与转子绕组间的互感 r———定、转子磁链矢量的夹角 当定子磁通保持稳定,电机转矩可以通过定转子磁通矢量的夹角进行控制,通常转子的机电时间常数大于100ms,因此转子磁通与定子磁通相比更为稳定,这样有可能通过控制旋转的定子磁通矢量来得到有效的转矩。 定子磁通的计算式为: 定子电压矢量取决于直流电压的测量值和开关的选择,而定子电阻Rs应在命令期间识别,并进行温度校正。按照ABB的经验,在定子磁通估算时,必须考虑控制的门限电压和功率的变换延迟,同时,定子磁通要通过在线的电流进行校正。定子磁通可以用定子和转子电流矢量来描绘: 定子磁通的校正是为了上述公式在动态下有效。电流反馈很大程度改善了定子磁通的估算,并使转矩在整个速度范围内线性很好,这就保证了在低速时能产生极大的起动转矩。 由于转矩的实际值与定子磁通和转子磁通的夹角有关,电机的模型必须计算电机的轴转速和电气角频率,电气角频率可通过求导转子磁通矢量的角度来获得: 以上算式作为DTC控制的基础,为变频调速系统提供了精确的过程控制手段。DTC典型的转矩响应时间是1~2ms,是其他交流和直流调速系统的10倍,能为任何电动机控制平台提供<5ms的快速转矩响应;在输出100%转矩情况下,可将转速控制在0.5Hz以下。同时,在不采用编码器的情况下,即使受到输入电压变化或负荷突变的影响,同样可以达到±0.1%的速度控制精度,而在采用编码器的情况下则可达到±0.01%的速度控制精度。因此,可以说,DTC控制系统是目前最为先进的系统。 2.3　电网谐波畸变的控制 电力推进功率有时可以占到总用电负荷的95%,换句话说,只要保证了该负荷的安全,也就保护了整个系统。事实上,该负荷的推进变频器是谐波电流的主要来源。 最常用的降低谐波分量的方法是采用谐波滤波器或采用旋转变流器(电动机-发电机组)用于敏感负荷的供电。滤波器的设计需要考虑周密以防止出现电网谐振,而旋转变流器则需要在配电系统中增加附加设备及电缆。 采用更高脉动数的变频也会降低负荷电流中的谐波分量,但另一方面则会显著增加变频元件数和投资成本。 采用双重电抗器组将电站的推进负荷母线与船舶其他负荷母线进行一定的隔离,也可使船舶其他负荷的配电网的谐波分量维持在较低的水平。 图2为一实船的电气单线图,采用双重电抗器进行谐波控制,电站通过电抗器连于推进负荷母线和其他负荷母线,隔离推进负荷与其他负荷,同时在电抗器的副边产生电压升高,来补偿因变频器换流而产生的原边压降,从而保持其他负荷母线侧较小的谐波分量。实测 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明,在推进器全转速范围内,其他负荷母线侧的THD一直保持在2.7%左右。另外,采用双重电抗器也会限制网络中的短路电流值。 3　Compact Azipod和CRP Azipod技术 3.1　Compact Azipod Compact Azipod是为了满足小型船舶对船舶操纵性能和运行经济性等方面日益增长的市场需求而推出的,其功率覆盖范围为400kW到5000kW。 Compact Azipod的结构设计为高度模块化,可“即插即用”、快速安装,可显著降低安装成本和缩短交货周期。该系列产品包括五个不同的电机模块尺寸,单电机形式(图3)功率可达3200kW,双电机形式(图4)功率最大为5000kW。 Compact Azipod由两台电动转向马达负责控制方向,它可以是按规定的±100度范围内转向,也可以是不受限制地360度旋转。当选用±100度转向功能时,其好处是推进变频器与推进器吊舱内电机之间可直接采用电缆连接。而对具备动态定位功能的船舶,则推荐采用滑环连接取代电缆连接,因为这样可使推进器吊舱不受限制地360度全回转。 Compact Azipod采用永磁同步推进电机,并将定距螺旋桨直接安装在电机的输出轴上。采用永磁技术的推进系统有很多优点,其中之一是可减小吊舱的外形尺寸,从而提高流体动力效率;另外通过对吊舱外壳的均衡设计,推进电机可直接采用海水包围冷却,而不需要任何其他附加的外部冷却设备。 3.2　CRP Azipod技术 船舶行业对双桨逆向对转推进(CRP)技术已经有着非常广泛深入的研究,并已应用到一些船型上。将Azipod系统运用在CRP理念上,ABB公司推出了CRP Azipod推进系统,使得吊舱式电力推进应用前景更加广泛。 船舶为了得到推进系统的冗余度,设计上往往采用将推进系统进行双重化,并且两套系统之间完全独立,这样任何一套推进系统的故障不会造成整船失去动力,这在很多船舶上得到广泛应用,但是其冗余度是用付出高昂的投资成本及其他缺点等代价换来的。 而从图5中的可以看出,CRP Azipod技术是如何在降低成本的同时获取所要求的冗余度的: ●在原来舵的位置上换成一台牵引式推进的Azipod单元; ●主推进螺旋桨仍然由二冲程柴油机直接推进,或由四冲程机带减速箱推进。当然,主推进螺旋桨也可由机舱内电机推进以实现全电力推进; ●无需艉侧推。 4　环境影响 Azipod推进系统和发电站的概念在满足环保低排放要求方面有其明显的优势。研究分析表明,柴油机在变速运行工况下的氧化氮排放物比在恒速运行工况下的要高得多,而Azipod推进系统正是通过发电站使中速柴油机在恒速工况下运行,并始终在优化负荷点附近运行,因此其废气排放将显著降低。随着对环保要求的进一步加强,很多船舶尤其是近海航行船舶将会选用电力推进,更进一步说,电力推进是使用新型能源如燃料电池等的最佳平台。