Đồ án Trang thiết bị điện tàu dầu 6500t – đi sâu nghiên cứu phân tích các hệ thống điều khiển bảng điện chính

…………..o0o………….. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRANG THIẾT BỊ ĐIỆN TÀU DẦU 6500T – ĐI SÂU NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẢNG ĐIỆN CHÍNH Giới thiệu chung về tàu dầu 6500T. ............................................................................................. 3 Phần I . Trang thiết bị điện tàu dầu 6500T. .................................................................................. 4 Chương1. Các hệ thống điện trên boong tàu dầu 6500T. ............................................................. 4 1.1. Tổng quan hệ thống lái. .................................................................................................... 4 1.1.1. Khái niệm. ................................................................................................................. 4 1.1.2. Các yêu cầu đối với hệ thống lái. ............................................................................... 4 1.2. Hệ thống lái tự động tàu dầu 6500T. ................................................................................. 5 1.2.1. Giới thiệu phần tử. ..................................................................................................... 5 1.2.2. Phân tích nguyên lý hoạt động. .................................................................................. 6 1.2.3. Đánh giá hệ thống. .................................................................................................... 7 1.3. Sơ đồ lái thủy lực. ............................................................................................................ 7 1.3.1. Giới thiệu về mạch thủy lực của hệ thống. ................................................................. 8 1.3.2. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ thủy lực .................................................................... 8 1.4. Sơ đồ động cơ lai bơm thủy lực. ....................................................................................... 8 1.4.1. Giới thiệu về phần tử (DWG. FM02ST). .................................................................... 8 1.4.2. Nguyên lí hoạt động................................................................................................... 9 1.4.3. Các bảo vệ của hệ thống. ........................................................................................... 9 1.5. Hệ thống tời neo tàu dầu 6500T. ..................................................................................... 10 1.5.1. Sơ đồ thủy lực. ........................................................................................................ 10 1.5.2.Sơ đồ điều khiển động cơ lai bơm thủy lực. .............................................................. 11 Chương 2.Các hệ thống điện buồng máy. .................................................................................. 12 2.1.Hệ thống điều khiển nồi hơi. ............................................................................................ 12 2.1.1.Giới thiệu chung về nồi hơi. ...................................................................................... 12 2.1.2.Hệ thống điều khiển nồi hơi tàu dầu 6500T. .............................................................. 13 2.1.3.Nhận xét và đánh giá. ............................................................................................... 21 2.2.Hệ thống điều khiển từ xa diesel tàu dầu 6500T. .............................................................. 22 2.2.1.Giới thiệu phần tử. .................................................................................................... 22 2.2.2. Nguyên lý hoạt động. ............................................................................................... 25 2.2.3.Hệ thống tự động kiểm tra,báo động và bảo vệ Diesel. .............................................. 28 2.3.Sơ đồ điều khiển quạt gió buồng máy tàu dầu 6500T ....................................................... 29 2.3.1. Giới thiệu phần tử của hệ thống. (Sơ đồ FM02GSP, SHEET No 38) ......................... 29 2.3.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống. .......................................................................... 29 2.3.3. Các bảo vệ của hệ thống. ......................................................................................... 30 2.4. Hệ thống máy nén khí trên tàu dầu 6500T. ..................................................................... 30 2.4.1. Giới thiệu phần tử. ................................................................................................... 30 2.4.2. Nguyên lý hoạt động. ............................................................................................... 31 2.4.3. Các bảo vệ trong hệ thống........................................................................................ 31 Phần 2: Đi sâu nghiên cứu phân tích các hệ thống điều khiển bảng điện chính........................... 32 Chương III :Trạm phát điện tàu dầu 6500T. .............................................................................. 32 3.1.Tổng quan về trạm phát điện. .......................................................................................... 32 3.1.1.Khái niệm. ................................................................................................................ 32 3.1.2.Các yêu cầu về trạm phát điện tàu thủy. .................................................................... 32 3.2.Giới thiệu về trạm phát điện tàu dầu 6500T. .................................................................... 32 3.2.1.Đặc điểm kĩ thuật và các thông số. ............................................................................ 32 3.2.2.Giới thiệu các phần tử chính trong bảng điện chính. .................................................. 33 3.3.Các hệ thống đo và điều khiển trên bảng điện chính......................................................... 36 3.3.1.Các mạch đo dòng điện. ............................................................................................ 36 3.3.2.Các mạch đo điện áp và tần số. ................................................................................. 37 3.3.3.Các mạch đo công suất. ............................................................................................ 38 3.3.4.Mạch điều khiển đóng ngắt áptomat.......................................................................... 38 3.3.5.Mạch điều khiển động cơ secvo. ............................................................................... 39 3.4.Ổn định điện áp cho máy phát. ........................................................................................ 40 1 3.4.1.Cơ sở lí thuyết và các hệ thống tự động điều chỉnh điện áp. ...................................... 40 3.4.2.Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp tàu dầu 6500T, ................................................. 46 3.5. Công tác song song và phân chia tải giữa các máy phát. ................................................. 47 3.5.1. Tại sao cần thiết công tác song song các máy phát. .................................................. 47 3.5.1.Các yêu cầu hòa song song các máy phát. ................................................................. 48 3.5.2.Các điều kiện hòa đồng bộ chính xác. ....................................................................... 48 3.5.3. Mạch hòa đồng bộ trên tàu dầu 6500T. .................................................................... 51 3.5.4. Phân chia tải cho các máy phát khi công tác song song. ........................................... 54 3.5.5. Mạch phân chia tải trên tàu dầu 6500T..................................................................... 61 3.6.Các hệ thống bảo vệ trạm phát. ........................................................................................ 62 3.6.1.Bảo vệ ngắn mạch. ................................................................................................... 63 3.6.2.Bảo vệ quá tải. .......................................................................................................... 66 3.6.3.Bảo vệ công suất ngược. ........................................................................................... 67 3.6.4. Bảo vệ cách điện thấp. ............................................................................................. 70 3.7. Cấu tạo bảng điện sự cố tàu dầu 6500T........................................................................... 70 3.7.1. Giới thiệu các phần tử bảng điện sự cố. .................................................................... 71 3.7.2. Sơ đồ nguyên lý bảng điện sự cố. ............................................................................. 72 3.7.3.Thuật toán điều khiển bảng điện sự cố. ..................................................................... 73 3.7.4. Nguyên lý hoạt động bảng điện sự cố theo thuật toán. .............................................. 74 2 Giới thiệu chung về tàu dầu 6500T. Tàu dầu 6500t là tàu chở dầu, hoá chất trọng tải 6500 tấn, đây là seri tàu đã được thi công đóng mới tại công ty đóng tàu Phà Rừng dưới sự giám sát của các chuyên gia Hàn Quốc. * Miêu tả chung về con tàu. Tàu có mũi quả lê, sống đuôi và boong dâng lái, boong dâng mũi. Boong ở, buồng nghi khí, và khoang máy được lắp đặt ở phía lái. Phần vỏ chính của tàu dưới boong chính được chia cách bởi các vách ngang, vách dọc thành các khoang, các khu vực sau: - Khu vực hướng lái Phía hướng lái của tàu được dùng làm buồng máy lái, các két nước ngọt, khoang cách ly và két dầu nặng. - Khu vực buồng máy Buồng máy bố trí lắp đặt thiết bị nâng chính, các bệ sàn máy phụ, buồng điều khiển máy, xưởng sửa chữa và kho chứa.v.v Két dầu trực nhật và két phục vụ và két lắng dầu bôi trơn được bố trí lắp đặt ở vị trí thích hợp. Đáy đôi gồm két lắng dầu bôi trơn, két dầu diesel, két dầu bẩn và các két cần thiết khác. - Khu vực hàng. Khu vực hàng có kết cấu vỏ kép, đáy đôi và gồm có 11 két hàng, 1 két nước bẩn, 12 két nước ballast, 1 két nước ngọt. - Phần hướng mũi. Két mũi, hầm xích neo, kho thuỷ thủ trưởng, các kho cần thiết khác, buồng chân vịt mũi được bố trí lắp đặt trên phần mũi tàu. * Các kích thước cơ bản. - Chiều dài toàn bộ : 110.00 M - Chiều dài giữa hai đường vuông góc : 102.00 M - Chiều rộng :18.20 M - Chiều cao mạn/ chiều sâu : 8.75 M - Mớn nước thiết kế : 6.70 M - Mớn nước tính theo sức bền của tàu : 6.80 M * Tải trọng - Tổng tải trọng : 4600 tonnes - Tải trọng ở mớn nước thiết kế : 6500 tonnes * Dung tích - Két dầu hàng bao gồm két nước bẩn : 7300 M3 - Két dầu nặng (dầu F.O) : 275 M3 - Két dầu diesel (dầu D.O) : 90 M3 - Các két nước ngọt : 110 M3 - Két nước sạch : 200 M3 - Các két nước ballast : 2650 M3 * Tốc độ và sức bền - Tốc độ thử tại mớn nước thiết kế khoảng 13.50 hải lý tại vòng quay lớn nhất. - Tốc độ khai thác tại mớn nước thiết kế khoảng 13.00 hải lý tại 90% vòng quay lớn nhất với 15 % dự trữ. - Sức bền khoảng 5500 N.M tại vòng quay trung bình. * Sức chứa 3 Class / cấp Deck / boong Engine/ máy Etc Captain class Captain Chief i Engineer Officer class C/officer 1st/engineer Pilot, Cấp sĩ quan 2nd/officer 2nd/engineer owner 3rd/officer 3rd/engineer Petty officer Bosun No.1 oiler Cook Hạ sĩ quan Crew class 8 sailer 2 Oilers Owner Thuyền viên Total 8 persons 7 persons 3 persons Tổng số Phần I . Trang thiết bị điện tàu dầu 6500T. Chương1. Các hệ thống điện trên boong tàu dầu 6500T. 1.1. Tổng quan hệ thống lái. 1.1.1. Khái niệm. Hệ thống lái là hệ thống thực hiện chức năng điều khiển con tàu theo hành trình cho trước, đi lại trong các luồng hẹp hoặc điều động tàu ra vào cảng. Hoạt động của thiết bị lái có ý nghĩa rất lớn trong việc đảm bảo an toàn, nâng cao hiệu quả kinh tế trong khai thác. Với chức năng và tầm quan trọng như vậy, hệ thống truyền động điện lái phải đáp ứng được các yêu cầu cơ bản. Hệ thống phải có cấu tạo đơn giản, có độ bền cao. Hệ thống điều khiển phải được thiết kế với sơ đồ đơn giản nhất, sử dụng ít phần tử nhất. Có hệ số dự trữ cao. Có khả năng quá tải lớn theo mômen. Phải đảm bảo thời gian bẻ lái (-max  +max)  28s. Đơn giản và thuận tiện trong điều khiển. Phải có thiết bị kiểm tra để biết vị trí thực của bánh lái. Hệ thống phải có lái sự cố. Trọng lượng và kích thước nhỏ, giá thành thấp. 1.1.2. Các yêu cầu đối với hệ thống lái. * Yêu cầu về khai thác. Hệ thống lái tự động phải giữ cho con tàu đi theo một hướng đi cho trước với độ chính xác  ≤ ± 1 trong điều kiện tốc độ của tàu lớn hơn hoặc bằng 6 hải lý / h . Không vượt quá 2  3 khi sóng tới cấp 6. Có khả năng thay đổi hướng đi cho trước bằng cách điều chỉnh núm đặt hướng đi ở góc phù hợp. Có khả năng điều chỉnh được các hệ số khuyếch đại của các khâu nằm trong hệ thống cho phù hợp với tình trạng mặt biển, tốc độ và trọng tải của tàu. Hệ thống phải có các chế độ lái lặp, lái đơn giản, lái sự cố để đảm bảo an toàn tối đa cho con tàu. 4 Phải có thiết bị báo động bằng âm thanh khi hệ thống bị quá tải, góc lệch so với hướng đi cho trước quá lớn, mất nguồn chính, nguồn điều khiển, mức dầu thuỷ lực trong két thấp. Hệ thống phải đảm bảo hoạt động bình thường ngay cả khi tàu bị lắc ngang tới 22. Hệ thống đảm bảo hoạt động chính xác ngay cả khi nhiệt độ thay đổi -10  +50C, độ ẩm của môi trường tới ( 95  98 )%. Không gây nhiễu cho các thiết bị thông tin liên lạc. * Yêu cầu về cấu trúc: Cấu trúc các phần tử trong hệ thống phải có khả năng làm việc tin cậy. Cấu trúc phần tử phải đơn giản, thuận tiện cho người sửa chữa, bảo quản, thiết bị đặt ở buồng máy, buồng lái phải là thiết bị kín nước . Hoạt động của hệ thống không gây nhiễu thiết bị hệ thống. 1.2. Hệ thống lái tự động tàu dầu 6500T. Hệ thống lái tàu 6500T là hệ thống lái PR-2600-E do hang TOKIMEC INC thiết kế. Hệ thống này có ba chế độ lái là HAND, AUTO và NON - FOLLOW - UP. 1.2.1. Giới thiệu phần tử. Sơ đồ khối của lái tự động. - Mạch chế độ lái đơn giản: NON-FOLLOW-UP CONTROLLER : Khối điều khiển lái đơn giản. ROTARY SWITCH : Công tắc xoay. PILOT SWITCH PANEL : Panel chuyển chế độ lái. SOLENOID VALVE : Van điện từ điều khiển bẻ lái. - Mạch chế độ lái lặp: STEERING WHEEL : Vô lăng lái. RUDDER ORDER ANGLE POTENTIOMETER : Chiết áp phát lệnh bẻ lái. DEMODULATOR : Bộ tách tín hiệu. SERVO AMP : Bộ khuyếch đại tín hiệu. FEED BACK LINEAR SYNCHRO : Khối tín hiệu phản hồi góc bẻ lái. - Mạch chế độ lái tự động: GYRO-COMPASS : La bàn con quay. AUTO (S) : Khối lái tự động. STEERING GEAR : Cơ cấu lái. RUDDER : Bánh lái. COURSE SETTING KNOB : Núm chỉnh đặt hướng đi cho trước. REPEATER MOTOR : Động cơ lặp của la bàn phản ánh. PROGRAMMER SWITCH : Công tắc chọn chế độ lái theo chương trình lập trình sẵn. EXCELLENT AMP : Bộ khuyếch đại trong chế độ lái có lập trình. PILOT WATCH : Khối trực canh. RUDDER ANGLE LIMIT : Bộ tạo tín hiệu giới hạn góc bẻ lái. SHIP : Con tàu. WEATHER ADJ : Khối chỉnh đặt thời tiết. RATE ADJ : Khối điều chỉnh tốc độ bẻ lái. RUDDER ADJ : Điều chỉnh góc bẻ lái. REPEATER SYN.KNOB : Núm đặt đồng bộ cho trước la bàn phản ánh. REPEATER CARD : Khối lặp của la bàn phản ánh. 5 POINTER : Kim chỉ góc đặt hướng đi. MAGNETOMETER FOR SET COURSE: Bộ đặt hướng từ la bàn từ. 1.2.2. Phân tích nguyên lý hoạt động. a,Chế độ lái đơn giản (non-follow-up). Khi chế độ lái tự động và chế độ lái lặp không còn khả năng hoạt động,khi đó ta phải chuyển sang chế độ lái đơn giản bằng cách chuyển công tắc chọn chế độ lái PILOT SWITCH PANEL sang vị trí LEVER. Bật công tắc xoay ROTARY SWITCH sang vị trí ON. Trong chế độ lái đơn giản thì cụm van điện từ điều khiển hướng đi được điều khiển bởi công tắc xoay đặt trong cụm điều khiển (bộ khuyếch đại tín hiệu không hoạt động). Khi điều khiển bẻ lái sang trái hoặc sang phải thì bánh lái được di chuyển trong hướng điều khiển giới hạn bánh lái. Khi cần điều khiển được nhả ra thì bánh lái dừng lại ở vị trí điều khiển. Tín hiệu phản hồi bánh lái tới vị trí trung tính hình học. Việc bẻ lái sang phải hoặc sang trái được thực hiện nhờ tay điều khiển lái đơn giản NON-FOLLOW-UP CONTROLLER, tín hiệu điều khiển được đưa đến van điện từ. Các van điện từ này được cấp nguồn trực tiếp để điều khiển đóng mở đường dầu để bẻ lái sang phải hoặc sang trái. Trong quá trình bẻ lái phải theo dõi đồng hồ chỉ báo góc lái để biết được vị trí bánh lái. Bánh lái chỉ dừng khi tay lái đơn giản được đưa về 0. b,Chế độ lái lặp (hand steering gear). Để làm việc ở chế độ lái lặp, trước hết ta đưa bánh lái về mặt phẳng trung tính của tàu. Sau đó bật công tắc chọn chế độ lái PILOT SWITCH PANEL sang vị trí HAND. Trong chế độ lái này, tín hiệu điều khiển từ tay lái lặp STEERING WHEEL đưa tới khối phát lệnh điều khiển góc bẻ lái. Tín hiệu này được đưa đến bộ tách tín hiệu DOMODULATOR trước khi đưa đến bộ SERVO AMP để so sánh và khuyếch đại tín hiệu. Tín hiệu phản hồi góc bẻ lái FEED BACK LINEAR SYNCHRO cũng được đưa tới bộ tách tín hiệu. Tại đây hai tín hiệu sẽ được lọc tách và đưa đến bộ SERVO AMP. Tín hiệu ra từ bộ SERVO AMP được đưa đến van điện từ, van điện từ này được cấp nguồn để điều khiển đóng mở đường dầu để bẻ lái. c,Chế độ lái tự động (auto steering gear). Chế độ lái tự động là chế độ lái mà trong quá trình giữ con tàu đi đúng hướng không cần đến sự tác động trực tiếp của con người. Chế độ này thường sử dụng khi tàu hành trình trên biển với sóng gió dưới cấp 6. Lái tự động có chức năng tự động điều chỉnh bánh lái theo hướng đi đặt trước khi có sự khác nhau giữa tín hiệu hướng đi đặt và hướng đi thực tế của tàu và làm sự sai lệch bị triệt tiêu bằng cách sử dụng khối xử lý trung tâm CPU. Tín hiệu độ lệch hướng đi của tàu sinh ra trong những trường hợp sau: + Khi có nhiễu loạn tác động. + Khi có sự thay đổi hướng đi đặt. Để hệ thống làm việc ở chế độ lái tự động, trước hết ta đưa bánh lái về mặt phẳng trung tính của tàu. Ta bật công tắc PILOT SWITCH PANEL sang vị trí AUTO. Vặn núm chỉnh đặt góc hướng đi COURSE SETTING KNOB tín hiệu chỉ thị góc được thể hiện trên kim đồng hồ chỉ góc. Tín hiệu này được đưa đến khối so sánh góc lệch hướng đi. 6 Tín hiệu phản hồi hướng đi thực của con tàu được phản ánh qua la bàn con quay,đưa đến khối so sánh độ lệch hướng đi.Tín hiệu độ lệch này được đưa đến bộ tách tín hiệu DEMODULATOR. Tín hiệu phản hồi góc bẻ lái RUDDER FEED BACK SIGNAL từ cơ cấu lái được đưa đến bộ tách tín hiệu DEMODULATOR. Tại đây tín hiệu độ lệch hướng đi được phản ánh qua la bàn đưa đến khối lái tự động AUTO (S), còn tín hiệu phản hồi góc bẻ lái được đưa đến bộ SERVO AMP. Quá trình lái tự động thì tín hiệu độ lệch hướng đi phải phù hợp với sự cài đặt trên bàn điều khiển lái tự động trong bàn điều khiển phía trước FACIA PANEL như tín hiệu điều chỉnh lại góc bẻ lái RUDDER ADJ, điều chỉnh tốc độ bẻ lái RATE ADJ, cũng như điều chỉnh thời tiết đặt trước. Tín hiệu độ lệch hướng đi được đưa đến bộ khuyếch đại tín hiệu SERVO AMP,cùng với tín hiệu góc bẻ lái như tín hiệu tỷ lệ (PROPORTIONAL), tín hiệu vi phân (DIFFERENTIAL) và tín hiệu tích phân (INTEGRAL SIGNAL). Tại bộ khuyếch đại tín hiệu SERVO AMP thì tín góc bẻ lái RUDDER ORDER SIGNAL và tín hiệu phản hồi góc bẻ lái RUDDER FEED BACK SIGNAL sau khi đưa qua bộ tách tín hiệu DEMODULATOR được so sánh. Tín hiệu ra được khuyếch đại trước khi đưa đến van điện từ SOLENOID VALVE của van định hướng trong cụm nguồn thủy lực để điều khiển đóng mở đường dầu theo đúng hướng đi đã định. 1.2.3. Đánh giá hệ thống. Ưu điểm: + Hệ thống có nhiều chế độ lái , đảm bảo cho tàu có thể hành trình an toàn trong mọi điều kiện mặt biển. + Hệ thống có độ tin cậy cao nhờ 2 nguồn cấp và 2 phần tử thực hiện riêng biệt (van điện từ , bơm thuỷ lực ). + Phần tử