Размещено на http://www.allbest.ru/

Электропривод якорно-швартовного устройства

Расчетно - пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Судовой автоматизированный электропривод»

1 Основные технические требования к якорно-швартовным механизмам с электрическим приводом предусмотрены ГОСТ 5875-69

Ниже приводятся требования к первой группе якорно-швартовных механизмов, к которой относятся брашпили, якорно-швартовные шпили, якорные шпили, якорно-швартовные лебедки с нормальной скоростью выбирания цепи

1.1 Якорно-швартовные механизмы должны выполнять следующие основные операции

- отдачу якоря при постановке судна на якорь;

- снятие с якоря - подтягивание судна к якорю, отрыв и подъем якоря, втягивание якоря в клюз;

- одновременный подъем двух якорей с половины расчетной глубины стоянки при неодновременном отрыве их от грунта;

- обеспечение швартовки судна при отжимном ветре до 5 баллов.

1.2 Все якорно-швартовные механизмы должны выпускаться с электрооборудованием морского исполнения переменного тока напряжением 380 В , частотой 50 Гц

В технически обоснованных случаях допускается выпуск механизмов ( с калибром цепи до 46 мм и ниже) с электрооборудованием переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц, а также брашпилей (с калибром цепи до 46 мм) с электрооборудованием постоянного тока напряжением 220 В

1.3 Электродвигатели, командоконтроллеры, кулачковые контроллеры и другие элементы электрооборудования, устанавливаемые на палубе, должны быть водозащищенного исполнения; магнитные контроллеры, устанавливаемые в помещениях, должны быть брызгозащищенного исполнения

1.4 Якорно-швартовные механизмы должны допускать возможность оборудования их устройством для дистанционной (с мостика) отдачи якоря

1.5 Якорно-швартовные механизмы должны быть снабжены счетчиками вытравленной якорной цепи, допускающими установку дистанционных репитеров

1.6 Якорно-швартовные и якорные механизмы должны обеспечивать работу якорной части механизма в следующих режимах

а) выбирание якорной цепи с малой скоростью при тяговом усилии на звездочке с номинальной скоростью в течении 30 мин;

б) выбирание якорной цепи с малой скоростью при тяговом усилии на звездочке, вычисляемом по формуле F=1,6md2, кгс ( для обыкновенных цепей m=1,0 , для цепей повышенной прочности m=1,15), в течение не менее 3 мин

1.7 Якорно-швартовный механизм должен обеспечивать выбирание швартовного каната в следующих режимах

а) в номинальном режиме - с номинальным тяговым усилием на швартовном барабане и номинальной скоростью в течении 30 мин;

б) в режиме работ с малой скоростью при тяговом усилии на швартовном барабане не менее 0,75 номинального в течение 3-5 мин.;

в) в режиме работы с наибольшей скоростью при выбирании каната, не нагруженного в течении 10 мин. (расчетное тяговое усилие при этом принимается равным 0,2 номинального ).

1.8 Электродвигатель якорно-швартовного механизма должен

а) развивать на основной рабочей характеристике, используемой в номинальном режиме работы механизма ( для электродвигателя постоянного тока - на характеристике, предназначенной для пуска), пусковой момент ( для двигателей переменного тока - каталожное значение пускового момента), создающий тяговое усилие на звездочке не менее двухкратного номинального и не более половины пробной нагрузки данной якорной цепи;

б) допускать стоянку под током в течение 30-60 с., после работы в номинальном режиме; стояночный момент электродвигателя постоянного тока должен развивать на звездочке тяговое усилие не менее 1,4 номинального; указанное время стоянки под током должно обеспечиваться электродвигателем переменного тока на основной рабочей характеристике или на характеристике, предназначенной для стоянки;

в) допускать работу (для брашпиля) на выбирание якорной цепи на характеристике, предназначенной для номинального режима, при тяговом усилии на звездочке, равном 1,3 номинального, в течение не менее двух минут с последующей ( без перерыва ) работой с номинальным усилием на звездочке в течение не менее 5 мин.;

г) допускать работу на травление якорной цепи при тяговом усилии на звездочке, равном 0,6 номинального в течение 10 мин.

1.9 Якорно-швартовые механизмы должны иметь автоматический нормально замкнутый тормоз на валу электродвигателя с устройством для ручного растормаживания

Тормоз должен обеспечивать удержание механизма от разворота при действии в цепи на звездочке, соединенной с приводом, статического усилия извне, величина которого не менее 1,3 номинального

1.10 Угол обхвата звездочки якорной цепью должен быть

- для брашпилей - не менее 117°;

- для шпилей - не менее 150°.

1.11 Тяговые усилия в цепи на звездочке при выбирают должны соответствовать значениям

а) Fн=3,0md2, кгс - для механизмов с калибром цепей до 28 мм;

б) Fн=3,8md2, кгс - для механизмов с калибром цепей более 28 мм;

Тяговые усилия при травлении должны быть равны 0,6 номинального.

1.12 Срок службы якорно-швартовного механизма на судне - 20 лет, при сроке службы до капитального ремонта - 10 лет. Расчетное время работы электрооборудования за этот срок - 2000 ч. при расчетном числе пусков и торможений 100000

2 Характеристики судна, якорно-швартовных устройств и вспомогательной электростанции

Из справочника [3] возьмем необходимые технические данные для судна типа " Железный поток ".

Таблица 2.1- Характеристики судна, якорно-швартовых устройств и вспомогательной электростанции

Nп/п	Наименование	Обозначение	Единица измерения	Значение
1	Длина между перпендикулярами	l	м	49,4
2	Длина по грузовую ватерлинию	Lвл	м	49,4
3	Ширина максимальная	В	м	9,8
4	Осадка средняя в грузу	тгр.ср	м	4,245
5	Объемное водоизмещение максимальное		тс	1192
6	Высота от грузовой ватерлинии до верхней кромки настила палубы	l	м	5
7	Род тока	-	-	Перемен.
8	Напряжение	U	В	400
9	Количество дизель-генераторов	-	-	4
10	Мощность 1 дизель-генератора	Nдг	кВт	100
11	Тип брашпиля		-	БЭР 14-5
12	Мощность	-	кВт	20
13	Якоря:
	Количество	-	-	2
	Тип	-	-	Холла
14	Вес якоря	Q	кгс	800
15	Длина цепи	1	м	179
16	Калибр цепи	d	мм	34

3. Выбор основных параметров якорно-швартовного устройства 3.1 Характеристика якорного снабжения

NС=?2/3 + 2Bh + 0,1A

где -- объемное водоизмещение судна при осадке по летнюю грузовую ватерлинию, м3;

В - ширина судна, м;

h - условная высота от летней грузовой ватерлинии до верхней кромки настила палубы у борта самой высокой рубки, имеющей ширину более чем 0,25 В, м ;

А - площадь парусности в пределах длины судна, считая от летней грузовой ватерлинии, м2.

Для расчета парусности судна использовалась проекция судна из справочника [3].

А = 250 м2 ; h = 5 м ;

NC=11922/3 + 29,85 + 0,1250 = 863,2

3.2 Якорное вооружение выбрано по табл. 3.1.3-2 [5] для рыболовных судов по характеристике Nc

3.2.1 Количество якорей - 2

3.2.2 Масса якоря ma=800 кг

3.2.3 Длина якорных цепей lрасч=179 м

3.2.4 Калибр якорной цепи d=34 мм

3.2.5 Категория цепи: обыкновенная категория прочности - категория 1 (кузнечно-горновая сварка с распорками)

3.2.6 Разрывное усилие цепи Qразр=482 кН

3.2.7 Пробная нагрузка цепи по таблице 3.6.4.1-1 [5] составляет 320 кН

3.2.8Используя данные таблицы 7.3[4], устанавливаем группу якорных механизмов и диаметр цепной звездочки Dэв, м

Dэв =0,462; группа якорных механизмов VII

3.2.9 Используя данные таблицы, устанавливаем массу одного метра цепи mу=24 кг/м

3.2.10 Определяем расчетную глубину якорной стоянки, H, пользуясь данными таблицы Н=50 м

3.2.11 Номинальное тяговое усилие при выбирании якорной цепи со средней скоростью

F1РАСЧ = аd2 ,H

где а=36,8 - цепь категории 1;

d- калибр цепи, мм.

F1РАСЧ=36,8342=42,54 кН.

3.3 Характеристики швартовного снабжения

Число, длина и разрывное усилие FP определено по таблице 3.1.3 - 2 [5] по характеристике якорного снабжения Nc.

3.3.1 Число швартовных тросов 3

3.3.2 Длина каждого троса 1=140 м

3.3.3 Разрывное усилие троса в целом FP= a2v(Nc -b2), кН

a2=500, b2=0 , FP= 75,5 кН.

3.3.4 Используя данные таблицы 7.6 [4], определяем диаметр швартовного троса dШ=13,5 мм

3.3.5 Пользуясь данными таблицы 83 [2], определяем диаметр швартовного барабана DШБ =245мм

3.3.6 Номинальное тяговое усилие на швартовном барабане должно быть не выше 1/3 разрывного усилия троса FР ( п.3.3.3)

FШН?1/3FP,кН [3.4]

FШН 1/375,5= 25,2 кН

3.4 Определение скоростных параметров

3.4.1 Средняя скорость подъема якоря после отрыва с номинальной глубины при усилии FНР

VН=0,15 м/с.

3.4.2 Скорость втягивания якоря в клюз

VМ=0,083-0,116м/с.

3.4.3 Скорость выбирания троса с помощью швартовной головки:

- при номинальном тяговом усилии FШН:

VШН=0,233-0,3 м/с,

- при выбирании ненагруженного троса

VШБ=0,43-0,5 м/с,

- при малой скорости выбирания

VШМ=0,1-0,13м/с.

3.4.4 Скорость выбирания швартовного троса швартовной лебедки на первом слое навивки: VШН = 0,25 м/с.

4. Расчет мощности электродвигателя

4.1 При выбирании якорной цепи

PHPACЧ = (FlРАСЧVH)/ ПЕР, кВт

где ПЕР=0,76 для механизмов с червячными передачами

PHPACЧ =(425400,15)/0,76=8,4 кВт.

4.2 При выбирании нагруженного швартовного каната

РШНРАСЧ=(FШНVШН)/ ПЕР,кВт [4.2] РШНРАСЧ=(25,840,25)/0,76 =8,5 кВт.

5. Предварительный выбор электродвигателя

5.1 Пусковой момент электродвигателя в соответствии с п. 1.8

МПУСК ? 2МН РАСЧ [5.1]

5.2 Расчетное тяговое усилие на звездочке, удерживаемое электромеханическим тормозом на валу электродвигателя, в соответствии с п. 1.9

FЭТ РАСЧ = 1,3F1РАСЧ, кH [5.2]

FЭТ РАСЧ = 1,342,54 = 55 кH

5.3 Электростанция судна переменного тока, поэтому наиболее целесообразно для привода брашпиля использовать электродвигатели переменного тока серии МАП. Выбранный электродвигатель должен реализовывать номинальную мощность в течение 30 мин. при номинальной частоте вращения, допускать нормированную величину времени стоянки под током

Выбираем трехскоростной электродвигатель серии МАП 422-4/8из таблицы 2.42 [4] в комплекте с тормозом ТМТ 42. Данные электродвигателя приведены в таблице 5.1

Таблица 5.1 - Технические данные электродвигателя МАП 422-4/8

Число полюсов	4	8
Режим работы, мин	30	30
Мощность, кВт	12	8
Частота вращения, об/мин	1390	645
Время стоянки под током, сек	30	45
Номинальный ток при 380 В, А	25,5	22,5
Момент максимальный, даНм	22	30
Момент пусковой, даНм	20	29
Пусковой ток при 380 В, А	142	75
сos Н	0,89	0,75

Таким образом, условие: РН РН.РАСЧ на основной обмотке выполнено.

5.4 Передаточные числа для якорного механизма и швартовного устройства согласно рекомендации, приведенной в методических указаниях, имеем

i (nНDЗВ)/(60VН)

где nН - частота вращения электродвигателя на основной обмотке 2р=4.

Для якорного механизма имеем:

iЯ (6450,462)/(600,15)= 104

принимаем i=100

Для швартовного устройства имеем:

iШ (13900,245)/(600,25)= 71

принимаем i=50

Таблица 5.2 - Технические данные дискового тормоза ТМТ 42.

Тип тормоза	ТМТ 42
Тормозной момент в режиме 30 мин., Нм	200
Время включения, сек	0,013
Время отключения, сек	0,012
Число дисков	4
Средний радиус кольца, см	9,8
Поверхность кольца, см2	184
Ход тормоза начальный, мм	2,0
Ход тормоза максимальный, мм	4
Число тыс. торможений до смены дисков	300

6. Расчет механических и скоростных характеристик электродвигателя

Предварительная оценка скоростных параметров

Для втягивания якоря в клюз и швартования с малой скоростью используется первая характеристика.

Для отрыва якоря от грунта и последующего его подъема используется вторая характеристика.

Для выбирания нагруженного и ненагруженного швартовного троса используется третья характеристика.

6.1 Номинальный момент для обмотки с числом пар полюсов 2р:

МH = (30РH)/( nH)

а) для 2р=4, Mн =(3012000)/( 1390)= 82,4 Нм

б) для 2р=8, Мн =(308000)/( 645)= 118,4Нм

6.2 Критическое скольжение

kM=МMAX/МH

SH=1-H/о

o= 60f/р [6.5]

o = 2f/p [6.6]

а) для 2p=4 kМ=200/82,4=2,43; n0=6050/2=1500 об/мин; 0=250/2=157,1 р/с;

sH=1-1390/1500=0,073

Sкр=0,073[2,43+v(1,43(2,43+1+1,4+0,073))]/1-1.40.0731.43=0.37

б)для 2р=8 kM=300/118.4=2,53; n0=6050/4=750 об/мин; 0 =250/4=78,5 р/с;

sН= 0,14

Sкр=0,073[2,43+v(1,43(2,43+1+1,4+0,073))]/1-1.40.0731.43=0.37

6.3 Частота вращения электродвигателя

= 0(l - s) [6.7]

а) 2р=4 =157,1 (1-s),p/c

б) 2р=8 =78,5 (1-s), р/с

6.4 Задаваясь значениями скольжений s, определяем соответствующие значения частоты вращения электродвигателя, момента, тока, потребляемого из сети. Ток, потребляемый из сети, определяется следующим выражением

где In - пусковой ток электродвигателя, А.

а) 2р=4 I1=107 A

б) 2р=8 I1=74,3 A

Полученные результаты заносим в таблицу 6.1

Таблица 6.1- Данные для построения характеристик =f(M) и =f(I)

2р=4	2р=8
s	,р/с	М, Нм	I, А	s	, р/с	М, Нм	I, А
1	0	200	142	1	0	290	75
0,37	99	220	107	0,98	15,7	300	74,3
0,073	145,5	82,4	25,5	0,14	67,5	118,4	22,5
0	157	0	0	0	78.5	0	0

По данным таблицы 6.1 строим характеристики =f(M) и =f(I). Характеристики =f(M) и =f(I) приведены на рисунках 6.1 и 6.2 соответственно.

7. Построение нагрузочной диаграммы и определение времени работы электродвигателя при выбирании одного из якорей с расчетной глубины стоянки

7.1 Сопротивление воды подтягиванию судна к якорю

Ft = (kп t + t )Sсм VД2/2, Н

где kп - поправочный коэффициент на влияние кривизны корпуса, определяется из таблицы 7.1 [ 2 ]; Lвл/В=6 тогда kп=l,04;

t = 0,0007 0,0012 - поправка на шероховатость корпуса;

принимаем t =0,001;

t =0,00114 0,00384 - коэффициент трения об воду;

принимаем t =0,002;

Sсм= Lвл (В+1,7Tср.гр) - смоченная поверхность корпуса;

здесь =/( Lвл В Tcp.rp) - коэффициент полноты водоизмещения;

где = 1,025т/м3

=11192 / (1,02549,49,84,245)=0,57

Sсм =49,4(0,579,8+1,74,245)=632м2;

Vд=Vт+Vпт,

где Vт= l 3 -- скорость течения, (м/с), принимаем Vт = 2 м/с;

Vпт= 0,10,3 -- скорость подтягивания судна к месту залегания якоря, м/с, принимаем Vпт=0,2 м/с

Vд=2+0,2=2,2 м/с.

Ft= (1,040,002+0,001)63210252,22/2= 4175 H

7.2 Сила ветрового сопротивления

Fb= kвSnVв2

где kв = 0,17-0,21 - коэффициент ветрового давления, кг/м3;

принимаем kв= 0,19;

Sn - парусная поверхность судна (сумма проекций надводной части на плоскость мидель-шпангоута), м2 .

Sn = 113 м2

Vв = 10 м/с - см. п. 1.1.

Fb = 0,19113102=2147 H

7.3 Длина провисающей части цепи

где F=Ft+Fв

F= 6322 H

q=9,8mу - вес погонного метра якорной цепи, Н/м (см. п.3.2.9),

q=9,824=235,2 Н/м;

Н=50 м -- глубина якорной стоянки ( см.п.3.2.10.);

Lц=v[2506322/(235.20.87+502)]=75 м

7.4 Длина цепи, лежащей на грунте

L1=1/2LРАСЧ.- LЦ , м

где значение LРАСЧ= 179 м взято из п.3.2.3.

L1 = l/2179 - 75= 14,5 м

7.5 Усилие на звездочке при выбирании цепи, лежащей на грунте ( 1-я стадия)

Т1=fКЛq(LЦ2 +Н2)/(2Н), Н

где fКЛ=1,23 - коэффициент потерь на трение.

Tl = 1,23235,2(752+502)/(250)=23505 H

7.6 Усилие на звездочке при отрыве якоря от грунта (3-я стадия)

T3 = fКЛ(2Q+(Q+qH)), Н

где =0,87- коэффициент потери веса якоря в воде;

Q=9,81ma, см. п. 3.2.2.;

Q=9,81800=7848 H;

Т3=1,23(27848+(7848+235,250)0,87)=40288 Н

7.7 Усилие на звездочке на второй стадии принимается линейно возрастающим от T1 до Т3.

7.8 Усилие на звездочке при подъеме якоря после отрыва(4-я стадия):

а) в начале подъема

T4НАЧ = fКЛ(Q+qH) , Н [7.7]

Т4НАЧ=1,23(7848+235,250)0,87=20983 Н

б) в конце подъема

T4КОН = fКЛQ , Н [7.8]

Т4КОН= 1,2378480,87=8398 Н

7.9 Моменты на валу электродвигателя на различных стадиях съемки с якоря рассчитываются по формуле

Мi = ТiDЗВ/(2iМЕХ), Нм

где Тi - см. пп. 7.5-7.8.

M1= 235050,462/(21040,76)=68,7 Hм

М3= 402880.462/(21040,76)=117,7 Нм

М4НАЧ= 209830.462/(21040,76)=61,3 Нм

M4КОН= 83980.462/(21040,76)=24,5 Hм

По расчетным значениям Мi на основной механической характеристике =f(M) найдем значения частот вращения электродвигателя. По характеристике =f(I) для полученных значений частот вращения электродвигателя определим токи, потребляемые электродвигателем из сети. Полученные значения занесем в таблицу 7.1.

Таблица 7.1 - Данные для построения нагрузочной диаграммы при выбирании одного из якорей с расчетной глубины

Мi, Нм	68,7	117,7	61,3	24,5
i, р/с	147	140	150	154
Ii, А	23	40	16	6

7.10 Время работы электродвигателя на отдельных стадиях съемки с якоря, с

t1=2L1iЯ / (DЗВ1), с

t2=2(Lц-H) iЯ /(D3B( 1+2)/2), с

t3 = 3060, с

t4=2Н iЯ /( D3B (4НАЧ+4КОН)/2), c

где 1, 2, , 4НАЧ, 4КОН - угловые скорости электродвигателя на основной характеристике =f(M) (см. таблицу 7.1).

t1=214,5104/(0,462147)= 44 с

t2=2(75-50)104/(0,462(147+140)/2)= 78 с

t3=50 с

t4=250104/(0,462(16+6)/2)= 1023 с

7.11 Полное время съемки с якоря

tn=tl+t2+t3+t4 , c

где tn 1800 с согласно п. 1.6.

tn=44+78+50+1023 = 1195 < 1800 с

8. Построение нагрузочной диаграммы электродвигателя при выбирании двух якорей с половины глубины стоянки

8.1 Момент на валу электродвигателя

-в начале подъема

M2Qнач=(DЗВ )/(iЯМЕХ)fкл (Q+q H/2), Нм

M2Qнач =0,4620,87/(1040,76)1,23(7848+235,250/2)=85,8 Нм

-в конце подъема

M2Qкон=(DЗВ)/(iЯМЕХ )fкл Q, Нм

M2Qкон =0,4620,87/(1040,76)1,237848=49 Нм

8.2 По расчетным значениям Мi определим i, и Ii, на основных характеристиках =f(М) и =f(I)

Полученные данные внесем в таблицу 8.1

Таблица 8.1 - Данные для построения нагрузочной диаграммы при выбирании двух якорей с половины глубины стоянки

Мi, Нм	i, рад/с	Ii, А
85,6	145	30
49	151	12

8.3 Время подъема двух якорей

t2Q=НiЯ/(DЗВ(2Qнач+2Qкон)/2), с

t2Q =50104/(0,462(145+151)/2)=76 с

8.4 Построение нагрузочной диаграммы при подъеме двух якорей с половины расчетной глубины

Диаграмма Мi=f(ti) приведена на рисунке 8.1.

9. Построение нагрузочной диаграммы электродвигателя при выбирании якоря и цепи, вытравленной на 85 % ее полной длины согласно ГОСТ 5875-69 (аварийный режим)

9.1 Усилие на звездочке в начале подъема

Т0,85Lнач=fКЛ(Q+0,425Lрасч q) ,Н

Т0,85Lнач =1,230,87(7848+0,425179235,2)=27545 Н

9.2 Усилие на звездочке в конце подъема

Т0,85Lкон= Т4кон ,Н [9.2]

где Т4кон -см.п. 7.8.б).

Т0,85Lкон=Т4кон =8398 Н

9.3 Моменты на валу электродвигателя в начале и конце подъема

М0,85Lнач = Т0,85Lнач Dзв/(2iямех), НМ [9.3]

М0,85Lкон= М4кон, Нм [9.4]

М0,85Lнач =275450,462/(21040,76)=80 Нм

М0,85Lкон= М4кон =24,5 Нм

где М4кон - см. п.7.9.

9.4 По расчетным значениям Мi, определяем i; и Ii, на основных характеристиках =f(М) и =f(I). Полученные данные заносим в таблицу 9.1

Таблица 9.1 - Данные для построения нагрузочной диаграммы при выбирании якоря и цепи, вытравленной на 85 % ее полной длины

Мi ,Нм	i ,рад/с	Ii ,А
80	146	25
24,5	154	6

9.5 Время подъема якоря

t0.85L = 0,85Lрасчiя./(Dзв (0,85Lнач+0,85Lкон)/2)),с

t0.85L = 0,85179104/(0,462(146+154)/2) = 228 с

9.6 Построение нагрузочной диаграммы при выбирании якоря и цепи, вытравленной на 85 % ее полной длины

Диаграмма Мi=f(ti) приведена на рисунке 8.1.

10 Проверка электродвигателя на нагрев

10.1 Для асинхронных электродвигателей проверка на нагрев производится методом эквивалентного тока

10.2 Нормальный режим

IЭКВ=1/tп(I12t1+t2(I12+I1I3+I32)/3+I32t3+t4(I4нач2+I4начI4кон+I4кон2)/3)

где tП - см. п. 7.11, tп =1195 с.

IЭКВ=1/1195(23244+78(232+2340+402)/3+40250+1023(162+166+62)/3) =12,3А

10.3 Выбирание двух якорей

IЭКВ= (I2Qнач2 +I2QначI2Qкон+I2Qкон2 )/3

IЭКВ= (302+3012+122)/3=16,1 А

10.4 Аварийный режим

IЭКВ= (I0,85Lнач2 +I0,85LначI0,85Lкон+I0,85Lкон2 )/3

IЭКВ= (252+256+62)/3 = 12,4 А

10.5 Для всех трех режимов съемки с якоря должны выполняться условия:

МэквМдоп [10.4]

IэквIдоп

где Мдоп=Мн1800/t

Iдоп=Iн1800/tп

Мдоп=82,41800/1195=101 Нм

Iдоп=25,51800/1195=31,3 А

Условие проверки по допустимому току выполняется.

По графикам =f(М) и =f(I) для IЭКВ=12,4 А имеем Мэкв=52 Нм, следовательно, условие по допустимому моменту также выполняется

11. Проверка электродвигателя на обеспечение заданных скоростей

11.1 Выбирание якорной цепи после отрыва якоря с номинальной глубины

Из таблицы 7.1 по значению момента М4нач выпишем значение частоты вращения электродвигателя расч.,

расч.=150 р/с

Скорость выбирания цепи

Vвыб.= расч.Dзв./(2iя), м/с

Vвыб.= 1500,462/(2104)=0,33 м/с

11.2 Втягивание якоря в клюз

По значению момента М4кон. (таблица 7.1) на механической характеристике =f(М) с большим числом пар полюсов 2р=8 найдем частоту вращения электродвигателя расч.=76 р/с.

Скорость втягивания якоря в клюз

Vвтяг.= расч Dзв./(2iя), м/с

Vвтяг.= 760,462/(2104)=0,169 м/с

11.3 Выбирание швартовного каната с номинальным усилием

По значению момента Мшн расч на механической характеристике =f(М) 2р=4 найдем частоту вращения электродвигателя шн

Мшн расч = Fшн Dшб/(2iШ мех), Нм

Мшн расч = 258400,245/(2800,6)=66 Нм

По рисунку 6.1 находим шн=147 р/с

Скорость выбирания швартовного каната

Vшн= шн Dшн./(2iш), м/с

Vшн= 1470,245/(250)=0,36 м/с

11.4 Выбирание ненагруженного швартовного каната

По значению момента М=0,2Мшн на характеристике =f(М) с наименьшим числом пар полюсов 2р=4 определяем частоту вращения электродвигателя шб

М=0,218,6=4 Нм, а шн =157 р/с.

Скорость выбирания швартовного каната

Vшб= шб Dшб./(2iш), м/с

Vшб= 1570,245/(250)=0,38 м/с

12. Выбор типовой системы управления электроприводом якорно-швартовного механизма

Систему управления нормализованного электропривода переменного тока выбираем по таблице 8.13[4]: силовой кулачковый контроллер и командоаппарат серии КВ2832.

Проверяем магнитный контроллер БТ94, имеющий контакты главной цепи, рассчитанные на номинальный ток 150 А согласно требованиям п.7.3.14 [4]:

- при нагрузке 35d2 , Н по характеристикам двигателя соответствует момент электродвигателя, равный 61 Нм и ток обмотки статора 16 А, условие, что номинальный ток аппарата при режиме 60 мин. выше номинального тока, протекающего по контактам, при нагрузке в цепи, равной 35d2, Н выполняется;

- номинальный ток аппарата в режиме 30 мин. при работе двигателя на основной характеристике больше 130 % номинального тока электродвигателя на этой характеристике (1,324,7=32,1 А 150 А), таким образом, условие, что номинальный ток аппарата должен быть выше 130% номинального тока электродвигателя выполняется;

-пусковой ток при работе на характеристике, обеспечивающей отрыв якоря от грунта 142 А меньше 80 % допустимого тока включения аппарата, составляющего 720 А (меньше 0,8900 = 720 А), таким образом это условие также выполняется;

-контакты аппарата переменного тока должны допускать протекание тока перегрузки в течение времени I, удовлетворяющего условию:

Т=З6ОО(Iна60/Iст)3tст

где Iна60- номинальный ток аппарата в режиме 60 мин., А;

Iст -ток стоянки под током. А;

tст=50с. - время стоянки под током при отрыве якоря от грунта.

Т =3600(16/142)3=405,6>50 с, условие выполнено.

Таким образом, контроллер обладает необходимыми термической устойчивостью и коммутационной способностью.

12.1 Расчет установок тепловых реле

12.1.1 Тепловые реле, применяемые для ограничения времени стоянки электродвигателя под током

Время срабатывания реле с холодного состояния tср в режиме стоянки необходимо выбирать равным 1,3 tст, где tст - расчетное время стоянки электродвигателя под пусковым током.

Номинальный ток нагревательного элемента будет всегда значительно выше номинального тока защищаемого электродвигателя.

Порядок расчета:

- задаемся временем срабатывания реле

tср=1,3 tст, с

а) для основной обмотки: tср =1,330=39 с;

б) для быстроходной обмотки: tср =1,345=58,5 с;

- по ампер-секундной характеристике определяем

kр'=IП/IРАСЧ

где IП- пусковой ток двигателя, А (таблица 6.1);

IРАСЧ- расчетный ток нагревательного элемента реле, А.

Для расчета выбираем реле серии ТРТ, которые относятся к категории температурно-токовых и служат для защиты цепей электроприводов переменного или постоянного тока от недопустимых токов перегрузки.

а) для основной обмотки: kр'=2,62;

б) для быстроходной обмотки; kр'=2,15;

-определяем

Iрасч=Iп/ kр', А

а) для основной обмотки: Iрасч=142/2,62=54 А;

б) для быстроходной обмотки: Iрасч=75/2,15=33 А;

-по таблице 3.21 [4] принимаем стандартное значение номинального тока теплового элемента Iнр;

а) для основной обмотки: Iнр =56 А; используем тепловое реле ТРТ137.

б) для быстроходной обмотки: Iнр =35 А; используем тепловое реле ТРТ135.

-определяем время срабатывания реле в нагретом состоянии

tср.гор.=0,7tср.(1-kр/(1,5к2)) ,с

где kр =Iп/Iнр; k=Iп/Iн.дв; Iн.дв - номинальный ток двигателя, А.

а) kр =142/56=2,54; k =142/25,5=5,57 ;

tср.гор.=0,739(1-2,54/(1,55,572)) = 19 с;

б) kр ==75/35=2,23; k =75/22,5=3,33;

tср.гор.=0,758,5 (1-2,23/(1,53,332))=22,7 с;

12.1.2 Тепловое реле, применяемое в качестве грузового (для переключения на скорость с большим временем стоянки), выбираются на одну-две величины меньше (по току) по сравнению с защитным тепловым реле этой скорости. Выбираем на две величины меньше чем защитное тепловое реле быстроходной обмотки. Принимаем в качестве грузового реле ТРТ133.

12.2 Расчет уставок реле времени

Реле времени РН имеет уставку времени порядка 0,6 с и предназначено для контроля алгоритма срабатывания аппаратов. Выдержка времени необходима для удержания реле в притянутом состоянии при переключении аппаратов.

При резком переводе ручки командоконтроллера из нулевого положения в третье примем уставку реле времени равной 0,4 с.

12.3 Выбор кабелей якорно-швартовного устройства

Электропривод ЯШУ расположен на открытой палубе, где возможны механические повреждения кабеля и воздействие морской воды, поэтому возьмем кабель КНРП. Кабель имеет медные жилы с резиновой изоляцией в поливинилхлоридной оболочке маслобензостойкий, коррозионностойкий, не распространяющий горение, в оплетке из оцинкованных проволок. Расчетный ток кабеля определяется выражением;

Iрасч=Iн дв/( к2 к1)

где к1=0,6 -коэффициент, учитывающий прокладку кабеля в трассах длиной более 1,3 м при трехрядной и более прокладке;

где н=65°С - номинальная температура жилы кабеля КНРП;

ср=45°С-температура окружающей среды по Регистру;

о=45°С-нормированная температура окружающей Среды;

Iрасч=Iн дв/(0,890,6)=1,86Iн дв

а) для основной обмотки имеем: Iрасч=1,8625,5=47 А

по приложению 14 [7] для 30 мин. режима работы берем кабель КНРП 3х6.

б) для быстроходной обмотки имеем: Iрасч=1,8622,5=42 А

по приложению 14 [7] для 30 мин. режима работы берем кабель КНРП 3х4.

В соответствии с требованиями Регистра п.16.8.1.2.1 для командоаппарата выбираем кабель СПОВ 27х1мм2 по таблице 5.4.33 [6]. СПОВ -- кабель для сигнализации, управления с медными жилами и изоляцией из облучённого (структурированного) полиэтилена в поливинилхлоридной, маслобензостойкой, тропикоустойчивой, не распространяющей горение изоляции.

Питающий кабель тормоза ТМТ 42.

По таблице 1.2.28 [6] фазный ток тормоза равен 6А, соответственно Iрасч=6 А. Выбираем для тормоза кабель КНРП 3х1 мм2 .

Для питающего фидера выбираем кабель КНРП на величину больше, чем кабель для обмотки, работающий в самом напряжённом режиме. Принимаем кабель КНРП 3х10 мм2. Расчётный ток кабеля по таблице в приложении 14 [7] равен 81 А.

12.4 Выбор установочного автомата, защищающего электропривод

По рекомендациям в §3.5 [4] необходимо выбрать автоматический выключатель, удовлетворяющий следующим условиям:

1) при номинальном режиме защищаемого объекта и напряжении, составляющем 110% номинального, выключатель не должен срабатывать;

2) при токе свыше 150% номинального выключатель должен срабатывать в течение часа,

3) выключатель должен пропускать без срабатывания токи, составляющие 150% расчётных пусковых токов электропривода. Выбираем автоматический выключатель серии А3700М по условию

Iн расц I раб

где Iн расц - номинальный ток электромагнитного расцепителя;

I раб - рабочий ток защищаемого фидера, который равен 47 А.

Выбираем по таблице 10.23 [8] автомат АК63ТМ-2М с Iн расц = 50 А, номинальная уставка тока срабатывания расцепителя 5 Iн= 250 А.

Автомат не сработает при токе составляющем 150% расчётного пускового тока при пуске на обмотку 2р=4 в функции времени.

IП = 142 А

Iуст а >1,5Iп

250 А >213А

Соответственно условие 3 выполняется.

якорь электропривод швартовный судно

13. Размещение электрооборудования на судне

Размещение электрооборудования на судне представлено на рисунке 13.1. На рисунке использованы следующие обозначения:

1- ГРЩ

2- Магнитный контроллер

3- Командоаппарат

4- Электродвигатель с тормозом.

14. Система дистанционной отдачи якоря

Система дистанционной отдачи якоря является одним из элементов улучшения маневренности судна и безопасности мореплавания. Отдача якоря может производиться или для постановки судна на якорь, или для его экстренного торможения провисающей якорной цепью в ситуации, близкой к аварийной. В обоих случаях отдача производится под действием собственной массы якоря без участия электропривода. При отдаче якоря важными элементами контроля являются: длина вытравленной цепи и скорость, определяющая динамику процесса и нагрузку якорного механизма. В схеме дистанционного управления механизм якорной приставки выполнен фирмами ПНР, а электрооборудование укомплектовано предприятием «Шиффс-электроник» (ГДР).

Кинематический механизм

Рис.14.1 Кинематическая схема дистанционной отдачи якоря

Включает в себя ленточный стопор 4, накладываемый на тормозной барабан, связанный с якорной звездочкой. Управление стопором осуществляется штоком силового гидропривода 3 через соответствующий поворотный рычаг. Полость нагнетания силового цилиндра связана с пневмогидравлическим бустером 1, имеющим изолированную систему заполнения маслом 2, снабженную необходимыми отсечными клапанами. Верхняя воздушная полость бустера сообщается через электромагнитный золотник УV с судовой воздушной магистралью постоянного рабочего давления.

При подаче питания на электромагнит воздух поступает в бустер, который перегоняет масло в рабочий цилиндр, перемещающийся при этом шток рабочего цилиндра освобождает ленточный стопор. Происходит отдача якоря. Вращающаяся якорная звездочка через роликовую муфту 5 связана с шестеренчатым насосом 6, который при повышении частоты вращения увеличивает давление в противоположной полости рабочего цилиндра. Увеличение скорости отдачи способствует притормаживанию привода. Контур шестеренчатого насоса представляет собой отрицательную обратную связь, способствующую регулированию постоянства скорости отдачи якоря на выбранном безопасном уровне.

Роликовая муфта 5 обеспечивает направленное вращение шестеренчатого насоса только в сторону спуска якоря.

С якорной звездочкой через промежуточную механическую передачу связан сельсин-датчик ВС, через который ведется дистанционный контроль за длиной вытравленной цепи. Каждый градус поворота сельсина соответствует изменению длины якорной цепи на 1 м. На оси сельсина ВС имеются два профильных кулачка, каждый из которых воздействует на свой микровыключатель S5 и S9. Элемент S5 переключается, когда якорь приспущен на 2 м и готов к отдаче, а элемент S9 разрывает свой контакт в случае, когда вытравлена вся якорная цепь.

Электрическая схема управления

Опишем работу схемы при отдаче якоря с пульта управления из рулевой рубки, где располагаются все основные электротехнические средства схемной автоматики.

Выключателем S1 подается переменный ток напряжением 127 В на элементы контроля и постоянный ток напряжением 24 В на элементы управления. Наличие тока контролируется реле напряжения К7, которое подключает сигнальную лампу H1 и изготавливает цепь работы управляющего электромагнитного золотника УV. Лампа H1 одновременно освещает шкалы заданной и действительной длины вытравленной цепи. При готовности якоря к отдаче на местном пульте управления необходимо нажать кнопку S2. Реле К6 самоблокируется, включает сигнальную лампу готовности Н2. Заданная длина якорной цепи контролируется контактом микровыключателя S3, который управляется кулачковой шайбой на валу сельсина-указателя длины BE. Необходимая длина травления устанавливается специальной рукояткой, утопив которую, освобождают конический фрикцион, связывающий кулачковую шайбу и ось сельсина BE. Поворот кулачка наблюдается по специальной шкале заданной длины. При нажатии кнопки предварительного спуска S4 включаются реле К1 и КЗ, которые вводят в действие электромагнит пневматического золотника. Реле К4 включает лампу Н4 начала отдачи якоря. Как только вытравится более 2м якорной цепи, произойдет переключение путевого выключателя S5, который отключит реле К7 и подключит К8.

Сигнальная лампа готовности Н2 погаснет, включится лампа НЗ «Якорь приспущен». Кнопка S4 может быть отпущена. Для автоматической контролируемой отдачи якоря необходимо нажать кнопку S6 (S7 --дублирующая кнопка на баке). Промежуточное реле К2 включит управляющее реле S5, которое самоблокируется и обеспечивает питание цепей К1, УV. Ленточный стопор освобождается, происходит свободная отдача якоря с регулируемой скоростью. В любой момент времени процесс может быть прерван нажатием кнопки S8 «Стоп» (S10--тождественная кнопка на баке). При достижении установленной длины якорной цепи отключаются S3 и реле К5. Отдача якоря прекращается. Микропереключатель S9 отключает схему управления, когда якорная цепь будет полностью на клюзе. Исчезновение питающего напряжения переменного тока отключает систему контроля положения якоря. Управляющая часть энергетически обеспечивается батареей 24 В, что в целом повышает живучесть рассматриваемой схемы. Цепь контроля получает питание от сети 220 В через понижающий трансформатор 220/127В

Для цепи управления выбираем реле электромагнитное РМЕ 123 РОМ3:

Номинальное напряжение катушки Uном=24 В;

Коммутационная износостойкость 200000;

Коммутационная способность контактов:

Ток включения 20А;

Ток отключения 1,5 - 6 А;

Для цепи контроля выбираем электромагнитное РМЕ 126 РОМ3:

Номинальное напряжение катушки Uном=127 В;

Коммутационная износостойкость 200000;

Коммутационная способность контактов:

Ток включения 30А;

Ток отключения 3-5А;

Счетчик длины вытравленной цепи реализуем с помощью сельсина-датчика, сельсина-приемника и промежуточной механической передачи, соединяющей сельсин-датчик с якорной звездочкой.

В качестве сельсина-датчика выбираем БД-500:

Напряжение питания Uпит=127 В;

Вторичное напряжение Uвт=55 В;

Моменты трения:

с возбуждением Мтр=14610-5 Нм;

без возбуждения Мтр=11810-5 Нм;

В качестве сельсина-приемника выбираем БС-127:

Напряжение питания Uпит=127 В;

Ток потребляемый Iпотр=0,45 В;

Моменты трения:

с возбуждением Мтр= 29410-5 Нм;

без возбуждения Мтр=14710-5 Нм;

Удельный статический

синхронизирующий момент Мс=3210-4 Нм/град;

Максимальный статический

синхронизирующий момент Мсмах=176010-4 Нм/град;

Сельсин-датчик и сельсин-приемник работают в индикаторном режиме.

Передаточное число механической передачи определим следующим образом

Размещено на http://www.allbest.ru/

d - калибр якорной цепи см.п.3.2.4.

Dзв - диаметр якорной звездочки см.п.3.2.8.

L = 2R = D

D = Dзв+ d

D = 0,462 + 0,034 = 0,496 м

L = 3,140,728 = 1,55 м

Таким образом, за каждый оборот якорной звездочки вытравливается 1,55 м якорной цепи.

Найдем угол на который повернется якорная звездочка при вытравливании 1м якорной цепи

L = (R)/180

Задаемся L =1 м

= 180/(R)

= 180/(3,14(0,496/2))= 2300

Каждый градус поворота сельсина соответствует изменению длины якорной цепи на 1 м (или повороту якорной звездочки на 2300), тогда применяем механическую передачу с передаточным числом i = 2301.

Принципиальная электрическая схема представлена в документе Э-571.29.001.ЭЗ.

15. Инструкция по технической эксплуатации установленного электрооборудования

Техническая эксплуатация предусматривает техническое обслуживание, то есть комплекс операций по поддержанию работоспособности или исправности при использовании по назначению.

15.1 К управлению брашпилем допускается боцман сдавший необходимый техминимум. Старший электромеханик или старший механик обязаны проинструктировать лиц, допущенных к управлению брашпилем, об особенностях управления и правилах эксплуатации

15.2 При подготовке к действию электропривода брашпиля необходимо

а) расчехлить брашпиль, убедиться внешним осмотром в его исправности, спустить конденсат и произвести замер сопротивления изоляции;

б) проверить, установлена ли рукоятка контроллера в нулевое положение;

в) включить вентиляцию в помещении аппаратуры управления;

г) включить питание на главном распределительном щите;

д) обеспечить необходимую освещенность места управления брашпиля при производстве работ в ночное время;

е) опробовать электропривод в действии, проверить действие электромагнитного и механического тормозов и всех конечных выключателей и блокировок, а также органы аварийного отключения;

ж) доложить вахтенному помощнику капитана о готовности электропривода к действию;

Ответственность за соблюдение допускаемых режимов работы якорно-швартовных устройств возлагается на помощников капитана, руководящих швартовными операциями.

15.3 При возникновении неисправности тормозов, электродвигателя, аппаратуры управления, срабатывании блокировок и защит работа электропривода должна быть прекращена. Возобновление работы разрешается после устранения неисправности

15.4 После использования электропривода брашпиля необходимо

а) поставить маховик командоконтроллера в нулевое положение;

б) выключить питание электропривода (по распоряжению вахтенного помощника капитана);

в) выключить вентиляцию помещения аппаратуры управления, спустить конденсат после остывания электродвигателя;

15.5 Ответственность за сохранность брашпиля, как электрооборудования распложенного на открытой палубе, равно как за его окраску несет палубная команда

Таблица 16.1 - Периодичность ТО (мес.) электропривода брашпиля

Устройство	ТО
	без разборки	с частичной разборкой	с полной разборкой
Брашпиль	3	-	48
Дисковый тормоз	-	3	12

Таблица 15.2 Нормы сопротивления изоляции для брашпиля

Сопротивление изоляции двигателя
Нормальное	0,7 МОм и выше
минимально допустимое	до 0,2 МОм
Сопротивление изоляции цепи управления
Нормальное	1,0 МОм и выше
минимально допустимое	до 0,2 МОм

Литература

1. Кочерин В.Н. Проектирование электроприводов судовых механизмов и установок рыбопромысловых судов: Учеб. пособие для спец. 1809. -Мурманск, 1994.

2. Шмаков М.Г., Климов А.С. Якорные и швартовные устройства. - Л.: Судостроение, 1964.

3. Суда флота рыбной промышленности: Справочник.-Л.: Транспорт. 1990.

4. Судовые электроприводы: Справочник. В 2 т. /А.П. Богословский, Е.М. Певзнер,И.Р. Фрейдзон, А.Г. Яуре.-Л.: Судостроение, 1976.

5. Правила классификации и постройки морских судов / Регистр СССР. В 2 т. М.: Транспорт, 1990.

6. Справочник судового электротехника./Под ред. Г.И. Китаенко - 2-е изд., перераб. и доп. В двух томах, Т.2. -- Л.: Судостроение, 1983.

7. Яковлев Г.С. Судовые электроэнергетические системы. Учебник.-Изд. 4-е, перераб. -Л.: Судостроение, 1980.

8. Справочные данные по электрооборудованию./Сост.Б.В.Дьяков. В трех томах, Т.3.- М.: Энергия. 1967.

9. Бабаев А.М., Ягодкин В.Я. Автоматизированные судовые электроприводы. Учебник для вузов.- М.: Транспорт, 1986.

Приложение

Рисунок 6.1.1 =f(M) (2p=4)

Рисунок 6.2.1 =f(I) (2p=4)

Рисунок 6.1.2 =f(M) (2p=8)

Рис6.2.2 =f(I) (2p=8)

Рисунок 7.1 Mi=f(ti)

Рисунок 8.1 Mi=f(ti)

Размещено на Allbest.ru