Расчет якорно-швартового устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Расчет электропривода якорно-швартового устройства

Якорно-швартовые механизмы обеспечивают оперативное выполнение якорно-швартовных операций, в значительной степени определяющих мореходные качества судна, а также его техническо-экономические показатели.

Электроприводы якорно-швартовых устройств должны обеспечивать:

возможность использования якорно-швартовых устройств /ЯШУ/ при тяжелых состояниях погоды и моря и его высокую надежность;

возможность запуска электродвигателя при полной нагрузке;

поддержание необходимого тягового усилия при пониженных частотах вращения исполнительного двигателя и при остановке;

стоянку двигателя под током в течение З0 сек с нагретого состояния;

удержание якоря на весу при снятом напряжении;

безопасность отдачи якоря;

наличие у электропривода диапазона скоростей, включая нормированную скорость подъема одного якоря c расчетной глубины и минимальную скорость подхода якоря к клюзу;

минимальную массу и оптимальную комплектность.

Работа ЯШУ регламентируется требованием морского Регистра и при ежегодных осмотрах производится освидетельствование инспектором Регистра ЯШУ с последующим разрешением на его дальнейшую эксплуатацию. В качестве якорных механизмов на судах применяются брашпили и якорные шпили.

Основные параметры брашпилей стандартизируются. Для судов создан нормализированный ряд отечественных электрических брашпилей. Ряд состоит из 13 моделей Б-1…Б-13 для цепей с калибром от 15 до 92 мм.

Шпили, применяемые в якорных устройствах, имеют вертикальное расположение оси. При этом основная частота передаточного механизма и электрооборудование находится под палубой. Расположение исполнительных двигателей под палубой имеет большие преимущества и увеличивает надежность работы якорных шпилей, особенно в период зимних обледенений.

Передаточные механизмы ЯШУ комплектуются в основном из цилиндрических пар и снабжаются отдельными червячными парами для связи их с электродвигателями.

Шпили и брашпили имеют высокий КПД, не ниже 0,75, и не являются самотормозящими.

В обычных условиях, при постановке судна на якорь, его отдача выполняется свободным травлением якорного каната. В передаточном механизме обязательно предусматривается для этого муфта сцепления дискового или кулачкового типа. Расцепление производится с помощью маховиков или рычажно-винтовых связей.

2. Характеристики якорного снабжения

Характеристика якорного снабжения для всех судов определяется по формуле:

где =2357,5т - весовое водоизмещение судна при осадке по летнюю грузовую марку;

В=7 м - ширина судна наибольшая;

=1,025 т/м³ - плотность морской воды;

h=5 м - высота по летней грузовой ватерлинии до верхней кромки настила палубы самой высокой рубки;

А=460 м² - площадь парусности в пределах длины судна L=95 м, определяется по диаметральной плоскости судна в пределах от летней грузовой ватерлинии.

По результатам расчета выберем из таблицы цепь 3^ей категории.

Характеристики якорного устройства:

калибр якорной цепи: 24 мм;

суммарная длина цепей: 357,5 м;

количество цепей: 2 шт.;

количество якорей: 2 шт. (+1 запасной);

масса якоря: 900 кг.

3. Выбор двигателя

Согласно требованиям Регистра, мощность двигателя якорного механизма должна обеспечивать непрерывное выбирание якорной цепи со скоростью 0,15 м/с при тяговом усилии: .

, где

а=46,6 - коэффициент для цепей 3 категории прочности, электросварные обыкновенные.

Номинальный момент исполнительного двигателя:

R_зв - расчетный радиус якорной звездочки;

=36 - угол звездочки.



, где

i = 150 - передаточное число механизма брашпиля;

_пер=0,8 - номинальный КПД механизма передачи;

f_К=1,35 - коэффициент учитывающий трение цепи в клюзе.

Пусковой момент:

Номинальная частота вращения двигателя должна отвечать нормированной скорости выбирания цепи при расчетной нагрузке: .

Угловая скорость электропривода:

.

Минимально необходимая скорость двигателя:

Номинальная мощность двигателя:

двигатель якорный снабжение нагрузочный

По полученным данным выбираем двигатель серии МАП422-4/8.

2 р	Реж.раб. (мин)	Р2н, кВт	n, об/мин	Iн, А	Мmax, Нм	Мп, Нм	Iп, А	Cos
4	30	12	1390	25,5	220	200	142	0,89
8	30	8	645	22,5	300	290	75	0,77

4. Расчет и построение характеристик АД ЯШУ

Для построения механических характеристик воспользуемся формулой Клосса - Чекунова.

Где: - перегрузочная способность по моменту,

- номинальное скольжение,

- критическое скольжение,

- поправочный коэффициент,

- коэффициент, выражающий соотношение между пусковым и максимальным моментом,

Ток холостого хода:

Для проверки АД на нагрев необходимо от моментов перейти к соответствующим значениям тока:

, А

Расчет токов I₁ сведем в таблицу:

S, о.е.	M, Нм	I1, А	n, об/мин
0	0,00	6,75	1390
0,1	155,26	46,92	1251
0,12	175,03	54,43	1223,2
0,14	190,6	61,25	1195,4
0,16	202,23	67,37	1167,6
0,18	210,49	72,85	1139,8
0,2	215,89	77,73	1112
0,3	215,49	94,99	973
0,4	196,71	104,75	834
0,5	175,97	110,75	695
0,6	157,72	114,84	556
0,7	142,53	117,91	417
0,8	130,26	120,49	278
0,9	120,27	122,79	139
1	112,07	124,94	0

По полученным значениям строим механическую характеристику АД.



5. Построение нагрузочной диаграммы

Когда судно стоит на якоре на него действуют: сила ветра F_В, сила течения F_Т. Их равнодействующая F относит судно от места залегания якоря и вызывает натяжение цепи.

При съемке судна с якоря и выбирания якорной цепи на первой стадии к тормозящим силам добавляется еще и сила сопротивления винта главного двигателя F_ВТ.

Для определения равнодействующей силы рассчитываем каждую из тормозящих сил отдельно.

Сопротивление потока воды подтягиванию судна:

где К_К=1 - поправочный коэффициент на влияние кривизны судна, которая учитывается отношением длины судна к его ширине;

- коэффициент трения о воду. Он зависит от характера обтекания судна потоком воды. Определяется числом Рейнольдса;

L - длина судна;

V_в=V_теч+V_c=1,8+0,2=2 - скорость набегания воды на судно при съемке с якоря, м/с;

=0,0110^-4 м²/с - кинематический коэффициент вязкости морской воды;

_f=110^-3 - надбавка к коэффициенту трения, учитывающая шероховатость судна.

S_см - смоченная поверхность корпуса судна. Находится по формуле:

Сопротивление подтягиванию судна, встречного ветра

При подтягивании судна к месту залегания якоря ветер дует в лобовую надстройку. Сила сопротивления встречному ветру:

где К_В.=0,4 - коэффициент удельного давления ветра. Его величина устанавливается в результате продувки моделей судов, располагаемых под различными углами к направлению воздушного потока. Наибольшая сила ветрового сопротивления возникает при направлении ветра под углом 2730 к диаметральной, плоскости судна. В расчетах следует учитывать встречный ветер, что соответствует обычным условиям съемки судна о якоря;

V_вет=10 м/с - скорость ветра;

Сопротивление со стороны винта.

При подтягивании судна винты, особенно в застопоренном состоянии, оказывают существенное сопротивление движению судна. На основании экспериментальных и статических данных принято учитывать это сопротивление как процентную надбавку к сопротивлению воды F_Т:

F_ВИНТ=25% F_Т=0,258,16=2,04 Н

Равнодействующая сила сопротивления подтягивания судна к месту залегания якоря:

F= F_Т+ F_В+ F_ВИНТ=8,16+1800+2,04=1810,2 Н

Введем следующие обозначения участков цепи, выбираемой при съемке судна с якоря:

L_ц=178,75 м - общая длина цепи одного якоря;

L₀=168,75 м - длина цепи от клюза до якоря;

- свободно провисающая часть цепи;

где h=80 м - расчетная глубина стоянки;

 - вес одного погонного метра якорной цепи;

=7,8 - плотность якорной стали, т/м³.

Длина лежащей на грунте цепи:

L₁=L₀-L_св=168,75-85,32=83,43 м

6. Определение тяговых усилий и моментов при подъеме одного якоря с расчетной глубины

На первой стадии съемки с якоря усилие у клюза остается постоянным. Оно состоит из горизонтальной составляющей N₁, идущей на преодоление сопротивления воды, ветра, винтов и вертикальной составляющей, образованной весом провисающей части цепи, G_ц.

Тяговое усилие у клюза при отрыве якоря от грунта:

где G_я - вес якоря, Н.

Тяговое усилие у клюза на второй стадии принимается линейно возрастающим от F₁ до F₃.

Тяговое усилие на клюзе после отрыва якоря от грунта - 4 стадия:

7. Расчет моментов сопротивления на валу двигателя

Момент сопротивления при подтягивании судна к якорю:

где _кл=0,75 - КПД клюза;

_пер=0,8 - КПД передачи;

Момент на валу электродвигателя при отрыве якоря от грунта:

Момент на валу электродвигателя при подъеме якоря после отрыва от грунта:

Момент на валу двигателя при подходе якоря к клюзу:

Одновременный подъем двух якорей с половины номинальной расчетной глубины якорной стоянки.

Усилие у клюза в начале подъема:

Усилие в конце подъема:

Момент на валу электродвигателя в начале и конце подъема:

Аварийный подъем якоря с большой глубины.

Усилие у клюза в начале подъема создается весом якоря и вытравленной цепи:

В конце подъема:

F_ав.кон = G_я = 9000Н

8. Определение скорости выбирания цепи и время работы электродвигателя

Воспользовавшись полученными механическим характеристиками M=f(n) для выбранных электродвигателей и задаваясь полученными величинами моментов M₁M₄, находим по кривым величину скорости n₁n₄:

М, Нм	51,07	88,41	55,77	16,32
n, об/мин	1350	1300	1330	1375

Определив по графику частоту вращения двигателя, определяем скорость выбирания якорной цепи по стадиям:

И при выбирании одновременно двух якорей с половинной глубины:

Продолжительность каждой стадии:

t₃ - принимается равным 30 сек - время стоянки двигателя под током.

Полное расчетное время съемки судна с якоря:

Расчетное время выборки якоря не должно превышать 30 мин.

По полученным расчетным данным строим нагрузочную диаграмму якорного устройства M=f(t).

9. Проверка выбранного электродвигателя
на нагрев

Соответствие выбранного двигателя условиям нагрева проверяют, сравнивая среднеквадратичный ток или момент с соответствующими номинальными значениями.

Для двигателя переменного тока удобно производить проверку методом среднеквадратичного момента.



При выбирании двух якорей с половинной глубины:

Двигатель выбран правильно, если М_Н>М_ЭКВ; 87,08>47,67.

При условии расчета и проверки двигателя методом среднеквадратичного тока можно воспользоваться формулой:

В случае аварийного подъема двух якорей с половинной глубины:

10. Проверка двигателя на максимальную скорость при отдаче якоря

При постановке судна на якорь при значительных глубинах и неизученном дне, стоянку производят с помощью электропривода.

В начале, когда двигатель включают, на спуск, он работает в режиме силового спуска. Это продолжается до тех пор, пока момент, создаваемый якорем и вытравленной цепью, не оказывается больше момента сил трения во всех звеньях якорно-швартового устройства. После этого двигатель переходит в генераторный режим и по мере увеличения участка вытравленной цепи разгоняется до более высоких скоростей.

Максимальное тяговое усилие у клюза, вызывающее ускорение у двигателя:

Этому усилию будет соответствовать момент на валу двигателя:

, где

_кл' - КПД клюза при спуске якоря;

_пер' - КПД передаточного механизма при спуске якоря.

Значению момента М_сп соответствует скорость, определяемая из тормозной характеристики двигателя.

Размещено на Allbest.ru