13.Электроприводы специального назначения

13.1. Основные сведения

Электроприводы специального назначения ( ЭСН ) делят на 2 группы:

1. электроприводы, улучшающие мореходные качества судов;

2. электроприводы, выполняющие технологические операции, специфические для данного типа судна.

К первой группе ЭСН относятся:

подруливающие устройства;

успокоители качки.

Ко второй группе относятся:

1. системы кренования и дифферента;

2. системы откренивания судов;

3. автоматические буксирные лебёдки.

Подруливающие устройства предназначены для повышения манёвренности судов. С их помощью судно может перемещаться лагом (бортом ) и даже совершать полный оборот на месте. Такие устройства применяют на обычных транспортных судах, а также на судах - паромах, предназначенных для перевозки колёсной техники.

Системы успокоителей качки применяют, в основном, на пассажирских судах и морских паромах, в условиях, когда качка достигает 35.. .40°. Предназначены для умень

шения амплитуды качки судов и , таким образом, повышения их остойчивости.

Системы кренования и дифферента применяют на ледокольных судах, для борьбы с заклиниванием корпуса судна во льдах и придания корпусу судна необходимой осадки. С их по-

мощью можно раскачивать судно с борта на борт или изменять осадку ( например, подвсплы-

вать ) и тем самым освобождать корпус судна, зажатый во льдах.

Системы откренивания судна применяют на судах с горизонтальным спосо­бом по-

грузки ( суда типа ро-ро ) для выравнивания крена. Применение этих систем повышает без

опасность грузовых операций и обеспечивает надёжность работы въездной аппарели.

Автоматические швартовные лебёдки( АШЛ ) применяют на судах любых типов для обеспечения постоянного натяжения швартовных канатов в условиях, когда изменяется осадка судна.

Последнее возможно при приливах и отливах, а также при погрузке и выгрузке судна. Одновременно они используются как якорно-швартовные устройства, т.е. для рабо­ты как со швартовными, так и с якорными канатами ( для перемещения швартовных канатов и подъёма и спуска якорей).

0. Подруливающие устройства

Основные сведения

Сила давления воды на перо руля определяется таким выражением

N = C S ( 10.18 ),,

где C - безразмерный коэффициент нормальной силы;

ρ = 1025 кг / м – массовая плотность воды;

υ – скорость набегающего на перо руля потока, м / с;

S – площадь пера руля, м .

Как следует из ( 10.18 ), сила давления воды на перо руля прямо пропорциональна квадрату скорости.

Отсюда следует, что при движении судна малыми ходами сила давления воды на перо руля резко уменьшается, судно перестает слушаться руля. Поэтому на малых ходах

применяют подруливающие устройства.

Подруливающие устройства предназначены для повышения манёвренности судна при движении судна с малой скоростью, например, при проходе каналов и узкостей, а также при подходе к причалу или отходе от него.

Эти устройства позволяют судну двигаться бортом ( лагом ), разворачиваться на месте, менять курс на малых ходах и значительно уменьшать радиус разворота судна.

Подруливающие устройства представляют собой цилиндрическую трубу ( тун-

нель ), расположенную в плоскости миделя ( т.е. в поперечной плоскости корпуса судна ) и свободно сообщающуюся с водой.

Внутри трубы находится винт с приводным электродвигателем. При работе электродвигателя винт создаёт поперечную силу ( упор ), направленную перпендикулярно корпусу судна.

Подруливающие устройства обычно устанавливают в носовой части судна, при их работе нос судна уходит вправо или влево относительно курса. На крупных судах могут быть несколько подруливающих устройств, расположенных в носовой, средней и кормовой частях судна.

Эти устройства используют винты двух видов:

1. с фиксированным шагом ( ВФШ );

2. с регулируемым шагом ( ВРШ ).

Угол поворота лопастей ВФШ не изменяется.

Угол поворота лопастей ВРШ можно изменять, что приводит к изменению

тяги. При этом скорость электродвигателя винта не изменяется, что значительно упрощает схему управления ВРШ.

Для управления ПУ применяют электрические, электрогидравлические и реже

пневматические системы управления.

Устройство и принцип действия подруливающего устройства с ВРШ

К основным деталям устройства относятся ( рис. 10.33 ):

1 – кронштейны ( 2 ), для крепления устройства к стенкам туннеля;

2 – обтекатель, для уменьшения сопротивления винта потоку воды;

3 – корпус подруливающего устройства;

4 – рычаг серводвигателя преобразователя шага винта ( угла разворота лопастей );

5 – вертикальный вал, для передачи вращающего момента от электродвигателя к винту;

6 – люк для смены лопастей;

7 – туннель;

8 – поворотная лопасть винта.

Рис. 10.33. Подруливающее устройство с винтом регулируемого шага :

Подруливающее устройство находится в туннеле 7 в носовой части судна и подвешено на двух кронштейнах 1.

Винт вращается двумя электродвигателями через редуктор ( не показан ), вертикальный вал 5 и коническую передачу ( на рис. 10.33 показана пунктиром в средней части ).

Устройство для изменения шага винта показано на функциональной схеме ( рис. 10.34 )

Функциональная схема электропривода подруливающего устройства с ВРШ

К основным деталям устройства относятся ( рис. 10.34 ):

Рис. 10.34. Функциональная схема электропривода подруливающего устрой-

ства с ВРШ

ЛПШ – линейный преобразователь шага, для преобразования угла поворота лопастей винта в пропорциональное напряжение ;

ДНШ – датчик нулевого шага, представляет собой конечный выключатель, контакты которого замкнуты только при нулевом шаге лопастей винта;

М – приводной электродвигатель винта, для вращения винта;

ПП – переключатель постов управления;

ПУ1- пост управления на крыле левого борта;

ПУ2 – то же, в рулевой рубке;

ПУ3- то же, на крыле левого борта;

ПУ0 – то же, в ЦПУ;

РУ – распределительное устройство ( щит электропитания );

РШ – регулятор шага винта, для выработки напряжения, ;

ЭГП – электрогидравлический преобразователь;

РЗ – распределительный золотник;

1 – рычаг, для передачи информации о положении лопастей в ЛПШ и ДНШ;

2 – сервомотор, для создания усилия, поворачивающего лопасти винта;

3 – шток сервомотора, для передачи усилия от поршня сервомотора 2 к кондуктору 5;

4 – коническая зубчатая передача, для передачи вращающего момента электродвигателя на ступицу винта ( т.е. для вращения винта );

5 – кондуктор, устройство для непосредственного разворота лопастей винта.

Работа системы управления

Подготовка системы управления к работе

Для подготовки системы управления к работе:

1. подают питание 380 В переменного тока в распределительное устройст-

во РУ в рулевой рубке;

2. включают нажатием кнопок «Пуск» насосы смазочного масла и гидропри

вода, а также оба приводных двигателя подруливающего устройства.

Винт начинает вращаться, но упора не создаёт, т.к. в исходном положении шаг винта равен нулю;

3. выбирают необходимый пост управления, для чего нажимают кнопку «Приня-

тие управления» на корпусе выбранного поста, при этом загорается сигнальный светодиод «Управление принято». Для переключения постов управления служит переключатель постов ПП.

Система готова к работе.

Ввод системы в действие возможен при условии, что шаг винта равен нулю. Для контроля истинного значения шага винта каждый ПУ имеет светодиоды, которые загораются в положениях 0; 25; 50; 75 и 100% номинального шага винта в обоих направлениях.

Работа системы управления

Система управления представляет собой следящую систему, которая обеспечивает поворот лопастей на заданный с поста управления шаг винта.

Необходимый шаг задаётся при помощи рукоятки поста управления.

Пусть выбран пост управления ПУ2 в рулевой рубке.

При повороте рукоятки ПУ2 на необходимый угол сигнал из ПУ2, пропорциональ-

ный углу, поступает в переключатель постов ПП, в котором преобразуется в напряжение, пропорциональное заданному углу ( заданное напряжение ).

С выхода ПП напряжение поступает в электрогидравлический преобразователь ЭГП, выводящий шток распределительного золотника РЗ из нулевого положения.

При этом масло под давлением поступает через золотник в одну из полостей сервомотора 2, например, в левую. Шток сервомотора перемещается вправо и через кондуктор 5 начинает разворачивать лопасти винта. При этом величина перемещения штока пропорциональна истинному углу поворота лопастей.

В первый момент времени скорость поворота лопастей максимальная.

Перемещение штока через рычаг обратной связи 1 передаётся в линейный преобразователь шага ЛПШ. Этот преобразователь преобразует перемещение штока в пропорциональное напряжение обратной связи, фаза которого противоположна заданному напряжению.

В преобразователе ЛПШ эти два напряжения вычитаются, при этом напряжение на выходе ЛПШ, равное их разности, начинает, по мере поворота лопастей, уменьшаться.

В результате золотник ЭГП под действием возвратной пружины ( не показана )

начинает возвращаться в исходное положение, уменьшая подачу масла в цилиндр сервомотора 2. Это приводит к уменьшению скорости поворота лопастей.

Когда лопасти повернутся на заданный угол, напряжение обратной связи достигнет значения, равного заданному, поэтому напряжение на выходе ЛПШ исчезнет. При этом золотник вернется в исходное положение, шток 3 остановится.

Система управления готова к заданию нового угла поворота лопастей.