Đồ án Hệ thống năng lượng tàu als albatross – đi sâu tính toán công suất trạm phát điện và chọn máy phát điện

…………..o0o………….. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG TÀU ALS ALBATROSS – ĐI SÂU TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT TRẠM PHÁT ĐIỆN VÀ CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN Mục Lục Trang Lời nói đầu ........................................................................................................................... 4 Phần I : TRANG THIẾT BỊ ĐIỆN TÀU ALS ALBATROSS ......................................... 4 Chương 1:GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÀU ALS ALBATROSS ......................................... 4 1.1.Giới thiệu chung và trang thiết bị điện tàu ALS ALBATROSS ...................................... 5 1.1.1.Kích thước chính của tàu .............................................................................................. 5 1.1.2.Tải trọng và mớn nước ................................................................................................. 5 1.1.3.Dung tích : Các khoang hàng ....................................................................................... 5 1.1.4.Tốc độ và công suất ..................................................................................................... 6 1.1.5.Tiêu hao nhiên liệu và tầm hoạt động ........................................................................... 6 1.1.6.Nguyên lý thiết kế và mô phỏng chung . ...................................................................... 6 1.2.Hệ thống điều khiển diesel – generator tàu ALS ALBATROSS. .................................... 7 1.2.1.Giới thiệu sơ đồ nguyên lý ........................................................................................ 8 1.2.2.Nguyên lí hoạt động của hệ thống điều khiển D/G ..................................................... 11 1.2.3.Báo động và bảo vệ diesel – generator ....................................................................... 14 1.3.Trạm phát điện sự cố tàu ALS ALBATROSS ............................................................... 17 1.3.1.Tổng quan chung về trạm phát điện sự cố .................................................................. 17 1.3.2.Giới thiệu về trạm phát sự cố tàu ALS ALBATROSS ................................................ 18 1.3.3.Nguyên lý hoạt động của trạm phát sự cố ................................................................... 23 1.3.4.Các báo động và bảo vệ ............................................................................................. 25 1.4.Hệ thống điều khiển động cơ lai bơm thuỷ lực .............................................................. 25 1.4.1.Mạch khởi động động cơ lai bơm số 1........................................................................ 26 1.4.2.Mạch khởi động động cơ lai bơm số 2........................................................................ 29 1.4.3.Sơ đồ cấu trúc cơ bản của hệ thống lái tự động… ....................................................... 31 1.5.Hệ thống điều khiển neo tàu ALS ALBATROSS .......................................................... 34 1.5.1.Chức năng,Yêu cầu……………… ............................................................................. 34 1.5.2.Giới thiệu đồ điều khiển hệ thống truyền động điện neo tàu als albatross ................... 35 1.5.3.Nguyên lý điều khiển thuỷ lực tời neo ...................................................................... 36 1.5.4.Tay điều khiển…… .................................................................................................... 36 Phần II.HỆ THỐNG NĂNG LƯƠNG TÀU ALS ALBATROSS ................................... 38 ĐI SÂU TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT TRẠM PHÁT VÀ TRỌN MÁY PHÁT ĐIỆN .... 38 Chương 2:TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU ALS ALBATROSS.................................................. 38 2.1.Khái niệm chung……… ................................................................................................... 38 2.2.Giới thiệu chung về trạm phát tàu ALS ALBATROSS.................................................. 42 2.2.1.Trạm phát chính ......................................................................................................... 42 1 2.2.2.Thông số của máy phát chính…………………………… .......................................... 42 Chương 3:ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO MÁY PHÁT TÀU ALS ALBATROSS ................. .43 3.1. Khái niệm chung…………… ...................................................................................... 43 3.2.Các hệ thống tự động điều chỉnh điện áp thường dùng………………… ...................... 44 3.3.Giới thiệu phân tích nguyên tắc hoạt động hệ thống tự động điều chỉnh điện áp tàu ALS ALBATROSS ……………………………………………………………………….. ......... 46 3.3.1.Giới thiệu phần tử……………………………………………………….................... .. 46 3.3.2.Nguyên lý hoạt động…………………………………………………………………. 47 Chương 4:BẢNG ĐIỆN CHÍNH VÀ CÁC MẠCH ĐIỀU KHIỂN ..................................... 49 4.1.Giới thiệu chung cấu tạo và các phần tử trong bảng điện chính………………….. ........ 49 4.1.1.Cấu tạo chung bảng điện chính của tàu ALS ALBATROSS………………………… 49 4.1.2.Giới thiệu một số panel tàu ALS ALBATROSS………………………………........... 50 4.1.3.Giới thiệu thanh cái chính và aptomat chính của tàu als albatross………………… .... 52 4.2.Mạch điều khiển aptomat chính của máy phát……………………………......... ............ 53 4.2.1.Giới thiệu các phần tử của mạch ……………………………………….................... .. 53 4.2.2.Hoạt động của mạch điều khiển aptomat chính……………………………………… 53 4.3.Mạch hoà đồng bộ cho máy phát…………………………………………………… ..... 55 4.3.1.Công tác song song của các máy phát điện đồng bộ……………………................... .. 55 4.3.2.Mạch hoà đồng bộ cho máy phát số một.................................................................... ... 59 4.4.Phân bố tải cho các máy phát đồng bộ công tác song song……………........... .............. 61 4.4.1.Khái niệm chung ....................................................................................................... 61 4.4.2.Qui định của đăng kiểm ............................................................................................ 61 4.4.3.Tự động phân chia tải vô công cho các máy phát công tác song song của tàu als albatross … ......................................................................................................................... 61 4.4.4 Phân bố tải tác dụng của các máy phát đồng bộ công tác song song…………… ........ 63 4.4.5.Phân chia tải tác dụng cho các máy phát tàu als albatross……………………..... ...... 65 Chương 5:BẢO VỆ CHO HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG .................................................... 67 5.1.Khái niệm chung………………………… .................................................................... 67 5.2.Bảo vệ cho máy phát điện……………………………………………………………… 67 5.3 Các mạch đo và bảo vệ cho máy phát………………………………………………….. 72 5.3.1.Giới thiệu các phần tử có trong mạch……………………………… ........................... 72 5.3.2.Hoạt động của các mạch đo……………………………………………………........... 73 5.3.3.Hoạt động của các mạch bảo vệ………………………………………………………. 73 Chương 6.TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT TRẠM PHÁT ĐIỆN VÀ CHỌN MÁY ĐIỆN ....... 76 6.1.Khái niệm chung…………………………………………………………………........... 76 6.2.Các nguyên tắc và phương pháp tính chọn công suất trạm phát………………………...76 2 6.3.Tính toán công suất và chọn số lượng máy phát cho tàu ALS ALBATROSS…………. 81 6.3.1.phương pháp phân tích………………………………………………………………... 82 6.3.2.phương pháp bảng tải…………………………………………………………............. 86 6.4.Kết luận tính chọn………………………………………………………………………. 86 6.5. Nhận xét và đánh giá hệ thống…………………………………………………............. 86 Phần III: KẾT LUẬN CHUNG…………………………………………………………... ... 88 Phần Phụ lục:Bảng tải tàu ALS ALBATROSS…………………………………………. .... 89 3 LỜI NÓI ĐẦU Trong quá trình phát triển của nền kinh tế quôc dân, đi đôi với các lĩnh vực như: Công nghiệp, nông nghiệp… thì ngành giao thông vận tải biển cũng chiếm một vị trí quan trọng ở mỗi quốc gia. Nó là mạch máu giao thông nối liền giữa các vùng kinh tế của một đất nước và giữa các nước trên thế giới với nhau. Nó đáp ứng và phục vụ tích cực cho đời sống mọi mặt của nhân dân nói chung. Đất nước ta bờ biển dài, trải dọc từ Bắc tới Nam, lại có nhiều sông ngòi. Đó là điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của ngành vận tải biển. - Chi phí xây dựng cầu cảng ít hơn. - Vốn tích lũy ít, lợi nhuận cao, có hiệu suất kinh tế cao hơn - Có khả năng vận chuyển hàng hóa với khối lượng lớn vận chuyển được - tất cả các loại hàng hóa khác nhau như: Hàng kiện, hàng rời hàng lỏng… - Tốc độ vận chuyển tương đối nhanh chóng. Chính vì lợi ích kinh tế to lớn và tầm quan trọng đó mà ngày nay đội tàu của nước ta đã phát triển hết sức mạnh mẽ về số lượng, tải trọng cũng như mức độ hiện đại của trang thiết bị trên tàu.Chúng ta cũng đã có những thuyền viên, kỹ thuật viên có trình độ kỹ thuật cao, nắm vững được những nguyên lý cơ bản, nắm vững được bản chất của quá trình làm việc và đặc điểm kỹ thuật của các hệ thống tự động, để từ đó có thể sử dụng hiệu quả các thiết bị trên tàu và tiến tới có thể thiết kế, chế tạo những trang thiết bị mới. Sau khi học tập và rèn luyên tại trường cùng với những quá trình thực tập tại các nhà máy,phân xưởng và đặc biệt là quá trình thực tập tốt nghiệp tai nhà máy đóng tàu Nam Triệu em được khoa Điện _ Điện tử tàu biển giao cho đề tài thiết kế tốt nghiệp như sau: Hệ thống năng lượng tàu als albatross. Đi sâu tính toán công suất trạm phát điện và chọn máy phát điện. Qua quá trình học tập và nỗ lực nghiên cứu của mình, cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Bùi Thanh Sơn.Em đã tìm hiểu và nghiên cứu để hoàn thành thiết kế tốt nghiệp này. Trong quá trình làm do trình độ bản thân có hạn, cho nên đề tài của em không tránh khỏi những thiếu sót. Để giúp cho đề tài thiết kế tốt nghiệp này được hoàn chỉnh hơn nữa, em kính mong sự giúp đỡ của các thầy giáo trong khoa. Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh Viên BÙI VIỆT HÙNG Hải Phòng,Ngày......tháng.....năm 2010 4 Phần I TRANG THIẾT BỊ ĐIỆN TÀU ALS ALBATROSS Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÀU ALS ALBATROSS 1.1.Giới thiệu chung và trang thiết bị điện tàu ALS ALBATROSS Tàu ALS ALBATROSS là tàu có trọng tải lớn nhất từ trước đến giờ mà chúng ta đã từng đóng. Theo đơn đặt hàng của Anh với tổng công ty đóng tàu Việt Nam, cụ thể là do nhà máy Nam Triệu thi công. 1.1.1.Kích thước chính của tàu Chiều dài toàn tầu ( Max ) :190 m Chiều dài giữa 2 đường vuông góc :183.25 m Chiều rộng thiết kế :32.26 m Cao mạn đến boong chính :10.90 m Mớn nước mô hình :12.6m Chiều cao boong chính ( tại đường tâm ) - Từ boong chính – boong dâng lái 1 :3.00 m - Từ boong dâng lái chính – boong dâng lái 5, mỗi boong :2.80m - Từ boong dâng lái 5 - đỉnh ca bin ( buồng lái ) :3.00 m - Các boong ở :2.60m Độ cong ngang tại bông chính tính từ mạn tới 5,6 mm trên đường chuẩn 0.6m. Trên các boong khác không có độ cong ngang và dọc boong. 1.1.2. Tải trọng và mớn nước Toàn bộ thông số tải trọng dưới đây được đo bằng đơn vị tấn ( theo hệ mét) trong nước biển với trọng lượng riêng là 1.025 t/m3 Mớn nước mẫu thử, lý thuyết :12.6 m Tải trọng tương ứng :53000 tấn Mớn nước hàng nhẹ :10.9 m Tải trọng tương ứng :44000 tấn 1.1.3. Dung tích : Các khoang hàng ( tính cả miệng khoang ) Hầm hàng số 1 1200 m3 Hầm hàng số 2 1300 m3 Hầm hàng số3 1300 m3 Hầm hàng số 4 1300 m3 Hầm hàng số 5 1300 m3 5 Tổng dung tích sơ bộ được giao cho chủ tàu tại giai đoạn thiết kế ban đầu 1.1. 4. Tốc độ và công suất : - Tốc độ khai thác theo mớn nước mẫu thử 12.6 m,có tính đến 15 % dung sai khai thác ( Trạng thái dự phòng ) 14.0 hải lý. - Tốc độ khai thác tại mớn nước chở hàng nhẹ 10.9 m,có tính đến 15% dung sai khai thác ( trạng thái dự phòng ) 14.2 hải lý - Công suất máy tương ứng tại 82 % MCR- vòng tua tối đa liên tục và tốc độ chân vịt 118 vòng / phút  7780KW 1.1. 5. Tiêu hao nhiên liệu và tầm hoạt động -Lượng dầu nặng F.O tiêu hao hàng ngày trên máy chính tại 82% vòng quay tối đa liên tục, công suất máy 7780 KW và chân vịt đạt 118 vòng / phút  31.2 tấn -Lượng tiêu hao dầu nặng F.O được tính dựa trên các điều kiện ISO +Tiêu hao nhiên liệu hàng ngày của máy móc phụ  2. 4 tấn +Tổng lượng HFO tiêu hao hàng ngày  33. 6 tấn -Lượng tiêu hao được tính dựa trên điều kiện chạy dầu HFO, độ nhớt 380 CST tại 500C và giá trị hâm 42. 700 kj/ kg, mớn nước mẫu thử và 15% dung sai khai thác. -Thông số trên được xác nhận sau khi thử két mô hình Tầm hoạt động  18,000 N dặm -Dựa trên điều kiện 82% MCR (vòng tua tối đa liên tục) 199% dung tích các két HFO mớn nước mẫu thử, tốc độ 14 hải lý và 2 ngày dự trữ. -Tương đương  55 ngày chạy HFO, mỗi ngày 336 dặm (hải lý) 1.1.6.Nguyên lý thiết kế và mô phỏng chung Tàu như mô tả là loại tàu viễn dương,1chân vịt lai bằng máy Diezen phù hợp chuyên chở các loại hàng rời.Thông thường như than,quặng,ngũ cốc,xi măng,nhôm ô xít,cát khoáng,thép cuộn và gỗ đóng kiện. Tàu được đóng và trang bị cho việc chuyên chở các loại hàng nguy hiểm trong phạm vi quy định IMDG,cấp 4.1,4.2,4.3,và 5.1 cũng như hàng BC code MHB.Tầu có mũi quả lê,1 boong dâng mũi và 1 boong sống đuôi.Phần vỏ dưới boong chính được phân cách bằng các vành kín nước như sau : +Két mũi +5 hầm hàng khô +Buồng máy +Két lái 6 1.2.Hệ thống điều khiển diesel – generator tàu ALS ALBATROSS Như chúng ta đã biết trên tàu thuỷ người ta thường sử dụng động cơ truyền động cho máy phát chính là loại động cơ Diesel *Chức năng của hệ thống điều khiển Diesel : - Chức năng tự động hâm nóng Diesel - Chức năng khởi động từ xa Diesel - Chức năng dừng từ xa Diesel - Chức năng tự động kiểm tra, báo động và bảo vệ. *Các yêu cầu đối với hệ thống điều khiển diesel -Tùy từng loại tàu mà hệ thống có trạm điều khiển dự phòng ngoài trung tâm điều khiển chính ở buồng lái, nên đặt trạm điều khiển phụ ở cánh gà . Khi trạm điều khiển chính hoạt động thì trạm điều khiển phụ cũng hoạt động theo . -Khi mất nguồn chính cần có bộ tự động đóng mở nguồn sự cố, nguồn sự cố cần phải ngắt ra khi điều khiển bằng tay . -Có thể thay đổi tốc độ Diesel theo chương trình, có 3 loại chương trình : Chương trình chậm, bình thường, nhanh ( sự cố ). Trong đó chương trình chậm dùng cho máy tốc độ thấp để tránh ứng suất toả nhiệt cho máy, chương trình sự cố có thể dùng cho tàu hoặc máy có sự cố và được điều khiển khẩn cấp cho những trường hợp sau : + Có thể khởi động Diesel với lượng nhiên liệu lớn. + Có thể thực hiện ngược lại khi tốc độ chiều kia đang cao. + Đưa Diesel đạt tới tốc độ ổn định nhanh. + Cho Diesel chịu tải cực đại. + Có thể tác động trực tiếp lên thanh răng nhiên liệu để dừng Diesel khẩn cấp. -Hệ thống có thể khởi động lại khi lần khởi động trước không thành công. + Số lần khởi động lại từ 4->7 lần, lần khởi động cuối cùng không thành công thì không cho phép khởi động nữa . + Cần có rơle trung gian khống chế thời gian giữ các lần khởi động cũng như tổng thời gian các lần khởi động. -Phải đảm bảo Diesel vượt nhanh qua vùng tốc độ cộng hưởng, nếu tay điều khiển vô tình đặt vào vùng tốc độ cộng hưởng thì hệ thống phải tự động làm việc ở dưới hoặc trên vùng cộng hưởng ( bằng cách giảm hay tăng lượng nhiên liệu vào động cơ) . -Để thực hiện điều khiển động cơ Diesel đạt hiệu quả cao, an toàn, trong hệ thống điều khiển có rất nhiều các thiết bị phải hoàn thành các chức năng khác nhau, do đó hệ thống có rất nhiều thông số cần phải quan tâm, theo dõi và xử lý (từ vài chục đến vài trăm thông số). Tất cả các thông số đó cần được bảo vệ khi máy làm việc. Trong một loạt các thông số đó có các thông số quan trọng liên quan tới tính an toàn của hệ thống động lực và có những thông số ít 7 quan trọng hơn. Nhưng tất cả các thông số đó đều được theo dõi và kiểm tra thường xuyên. Để các thiết bị bảo vệ hoạt động một cách an toàn và tin cậy thì cần phải đảm bảo các yêu cầu sau: + Số lượng thông số kiểm tra phải đạt giá trị tối thiểu để hệ thống đơn giản, mặt khác số lượng thông số đó cần phải đủ để đánh giá trạng thái của đối tượng Diesel. + Hoạt động chính xác, không nhầm lẫn, không bỏ sót. + Hệ thống cần phải phát ra tín hiệu bằng âm thanh và ánh sáng khi các thông số được kiểm tra vượt ra ngoài giới hạn cho phép hoặc hệ thống hoạt động bảo vệ, hệ thống mất nguồn cung cấp chính và chuyển sang nguồn cung cấp sự cố. + Tuỳ theo thiết kế tín hiệu ánh sáng phải chỉ rõ nguyên nhân sự cố. Khi nhận biết được sự cố thì ánh sáng vẫn nhấp nháy (hoặc sáng rõ), khi con người nhận biết sự cố (ấn nút khẳng định sự cố) thì ánh sáng vẫn sáng bình thường và chỉ khi tắt loại trừ sự cố và ấn nút (RESET) + Trong quá trình khia thác Diesel, cá đại lượng và các thông số luôn được kiểm tra, đo lường, theo dõi và cập nhật. Trong các đại lượng và thông số thì có những đại lượng thông số chỉ kiểm tra khi đạt đến các giá trị đặt (ngưỡng) tín hiệu về các đại lượng thông số này được gửi tới trung tâm xử lý, ở đó thông tin được xử lý và gửi đến các thiết bị chấp hành thực hiện báo động. -Cần có máy tự ghi lệnh và hoàn thành lệnh theo tốc độ Diesel. -Cần sử dụng bộ điều chỉnh tốc độ nhiều chế độ, ngoài điều chỉnh tốc độ nó cần phải có chức năng khác như hạn chế quá tải động cơ, giảm tốc độ Diesel khi các thông số chính vượt quá giá trị quy định và có thể thực hiện ngắt nhanh nhiên liệu khi dừng và đảo chiều quay Diesel . -Trụ điều khiển từ xa Diesel chỉ nên đặt tối thiểu số đèn báo như báo cấp nguồn, báo hệ thống quá tải và báo một số thông số chính . Hệ thống cần xây dựng trên các thiết bị thống nhất, ít chủng loại để có thể thay đổi lắp lẫn cho nhau 1.2.1. Giới thiệu sơ đồ nguyên lí a. Sơ đồ mạch cấp nguồn ( A20041009 – 200ZZ, Page 1 ) + V1, V2, V3, V4, V5 : Các diot. + 4NICK : Bộ chuyển đổi dòng điện từ xoay chiều thành một chiều có ổn định điện áp. + K01 , K02 : Các rơle. + FU1 : Áptomat cấp nguồn. + FU11, FU12 : Áptômat cấp nguồn cho mạch điều khiển Diesel-Generator No1. + FU13 : Áptômat cấp nguồn cho mạch báo động D/G No1. 8 + FU21, FU22 : Áptômat cấp nguồn cho mạch điều khiển D/G No2. + FU23 : Áptômat cấp nguồn cho mạch báo động D/G No2 + FU31, FU32 :Áptômat cấp nguồn cho mạch điều khiển D/G No3. + FU33 : Áptômat cấp nguồn cho mạch báo động D/G No3. + SB02 : Nút ấn thử đèn. + SB01 : Nút ấn thử chuông. + HL03 : Đèn vàng báo nguồn bình thường đèn tắt. + HL02 : Đèn trắng báo có nguồn AC 220V. + HL01 : Đèn trắng báo có nguồn DC. + HA : Chuông báo động . + K11, K12, K13 : Các rơle báo mất nguồn hệ thống D/G No1. + K21, K22, K23 : Các rơle báo mất nguồn hệ thống D/G No2. + K31, K32, K33 : Các rơle báo mất nguồn hệ thống D/G No3. b. Sơ đồ mạch điều khiển D/G No1 (A20041009 – 211ZZ, Page 2). + HS1 : Công tắc tay ga . + TC1 : Tiếp điểm via máy. + SA11 : Công tắc chọn vị trí điều khiển ON ENGING – LOCAL – REMOTE. + S1A-S2A : Nút ấn khởi động từ xa. + SB12 : Nút ấn khởi động tại chỗ. + SB11 : Nút ấn dừng tại chỗ. + S3A-S4A : Nút ấn dừng từ xa. + 105V : Van đóng cửa dầu FO. + 188V : Van khí khởi động. + 188L : Van giới hạn dầu FO. + K101 : Rơle trung gian RESET hệ thống. + K102 : Rơle phụ điều khiển tại chỗ. + K103 : Rơle phụ điều khiển từ xa. + K104 : Rơle khởi động. + KT101 : Rơle thời gian. + K105 : Rơle trung gian cấp điện cho van giới hạn dầu FO. + K106 : Rơle trung gian hoạt động khi khởi động có sự cố. + K107 : Rơle trung gian điều khiển van đóng cửa dầu FO. + KT102 : Rơle thời gian. + K108 : Rơle dừng từ xa. + KT103 : Rơle thời gian . 9 c. Sơ đồ mạch bảo vệ D/G No1 ( A20041009 – 212ZZ, Page 3 ). + KT104 : Rơle thời gian. + SP1 : Rơle tốc độ của D/G No1. + K111 : Rơle trung gian hoạt động khi tốc độ của D/G đạt 600r/min. + K112, K113 : Rơle trung gian hoạt động khi tốc độ của D/G đạt 300r/min. + KT105 : Rơle thời gian. + K114 : Rơle trung gian hoạt động khi D/G quá tốc. + 163Q2 : Cảm biến áp lực dầu LO. + 126W2 : Cảm biến nhiệt