книги из ГПНТБ / Хайдуков, О. П. Электрооборудование судов учебник

разрывает цепи катушек 2С и 2СВ и подключает к сети обмотку 3-й скорости двигателя.

Работа схемы во всех положениях «Травить» происходит анало­ гично, но вместо контакта К2 замкнут контакт КЗ. Контактор Я своими главными контактами меняет порядок чередования фаз в главной цепи.

Первая скорость двигателя предназначена для отрыва якоря от грунта и втягивания его в клюз. В обоих этих случаях возможна остановка привода (заклинивание). Максимальный момент, раз­ виваемый при этом двигателем, может вызвать поломки в механи­ ческой части привода. Для уменьшения максимального момента двигателя на первой скорости в электроприводе брашпиля некото­ рых судов (например, типа «Волголес») обмотка соединяется в от­ крытый треугольник, для чего убирается перемычка между клем­ мами А и Z. Однако двигатель в этом случае работает с повышен­ ным скольжением и с повышенными потерями энергии, что приво­ дит к быстрому перегреву его. Работа двигателя на первой скоро­ сти допускается не более 2 мин.

Третья скорость предназначена только для выбирания свобод­ ных швартовных концов. Если сообщена с редуктором брашпиля хотя бы одна из звездочек, то размыкается контакт конечного вы­ ключателя КВ1 или КВ2, предотвращая включение двигателя на третью скорость при выбирании якоря.

Если двигатель ошибочно будет включен на третью скорость при подтягивании судна к причалу, то срабатывает реле макси­ мального тока РМ, замыкающее цепь промежуточного контакто­ ра КП, который в свою очередь размыкает цепь контактора ЗС. Двигатель автоматически переключается на вторую скорость. Ре­ ле РМ срабатывает и под действием пусковых токов обмотки третьей скорости, но в этом случае реле времени 2РВ, замыкаю­ щее свой контакт в цепи катушки ПК с выдержкой времени, пред­ отвращает отключение контактора ЗС.

Соединение обмотки двигателя на первой скорости в «открытый треугольник» и отсутствие надлежащей защиты увеличивают опас- ■ность выхода двигателя из строя. Все это подтверждено практикой эксплуатации электроприводов брашпилей. На некоторых судах обмотка электродвигателя брашпиля соединяется в нормальный треугольник, но для ограничения максимального момента двигате­ ля на первой скорости последовательно в обмотку статора включа­ ются активные сопротивления. Следует сказать, что с точки зрения потерь энергии в двигателе и его нагрева этот способ ничуть не лучше «открытого треугольника». Поэтому на многих судах в электроприводе брашпиля с трехскоростным асинхронным двига­ телем максимальный момент двигателя не ограничивается какимилибо искусственными методами.

Между электродвигателем и редуктором брашпиля есть муфта предельного момента, которая при двукратном моменте со­ противления должна проворачиваться, сохраняя механизм от по­ ломки.

280

§ 70. Электропривод грузоподъемных устройств

Электропривод грузоподъемных устройств оказывает серьез­ ное влияние на эксплуатационные показатели работы судов транс­ портного флота. Если в основных советских портах для грузовых операций используются портовые краны, то почти во всех иност­ ранных портах погрузочно-разгрузочные работы выполняются су­ довыми грузовыми устройствами.

Электропривод грузоподъемных устройств относится к числу Наиболее сложных судовых электроприводов с тяжелым режимом работы. Частые пуски и реверсы, резкопеременная нагрузка, необ­ ходимость обеспечения большого пускового момента, большого диапазона регулирования скорости и тормозных режимов двигате­ ля — все это предъявляет высокие требования к самому электро­ двигателю и к системе управления им.

Электропривод грузоподъемных устройств работает в повторно­ кратковременном режиме и рассчитывается на определенное значе­ ние ПВ и определенную частоту включений двигателя в час. Дей­ ствительные значения ПВ и частота включений зависят от многих обстоятельств: от опыта грузчиков, характера груза, механизации грузовых работ, от оборудования порта и т. д. К сожалению, на многих отечественных судах иностранной постройки расчетные зна­ чения ПВ и допустимая частота включений электродвигателей ле­ бедок и кранов оказываются значительно ниже действительных значений, с которыми работают электродвигатели. Особенно это относится к электроприводам лебедок и кранов с многоскоростными короткозамкнутыми двигателями. В результате у двигателей часто выходят из строя не только обмотки статора, но и разрушаются короткозамкнутые обмотки ротора.

На современных судах наряду с грузовыми лебедками применя­ ются грузовые краны, которые отличаются более высокой произво­ дительностью, возможностью перенести груз в любую точку трю­ ма в пределах грузового люка и быстрой подготовкой к работе. Вместе с тем оборудование крана, более сложное и дорогое, чем оборудование лебедки со стрелами.

Проанализируем работу грузоподъемного устройства на приме­ ре судового крана. Грузовой цикл начинается с подъема груза, на­ пример, из трюма. Момент, развиваемый двигателем, в этом слу­

G0 — масса гака;

Об — диаметр барабана;

in— передаточное число редуктора; Tjn — К. п. д. редуктора.

281

В рем я п одъ ем а гр уза

где Н и г'н — высота и номинальная скорость подъема.

При повороте стрелы крана двигатель подъема не работает. Время паузы находится по формуле

где % = 2 — ^---- обратный к. п. д. передачи.

Двигатель работает в тормозном режиме.' Время спуска

После спуска на причале происходит расстройка груза, а вре­ мя паузы tu2 можно найти по среднестатистическим данным гру­ зовых операций.

Далее следует подъем холостого гака. Момент на валу двига­

считать: М4= М3; tP3 = tP4.

Затем следует застропка груза в трюме, время которой опреде­ ляется по среднестатистическим данным грузовых операций.

Таким образом, нагрузочная диаграмма механизма подъема кра­ на (рис. 180) позволяет определить эквивалентный момент двига­ теля (108), и ЯД что необходимо при расчете электродвигателя подъема из условий нагрева:

tр + tр2 + tPi -^-tP^

где

282

Производительность грузоподъемного устройства в зна­ чительной степени зависит от диапазона и плавности регулиро­ вания частоты вращения элек­ тропривода.

Скорость подъема груза бе­ зусловно влияет на производи­ тельность грузоподъемного уст­ ройства, но до определенной сте­ пени, поскольку высота подъема и спускагруза в судовых усло­ виях относительно невелика и некоторое сокращение времени

подъема и спуска груза не оказывает существенного влияния на продолжительность всего цикла. Нельзя не считаться и с техни­ кой безопасности при повышении скорости подъема и спуска груза.

На многих современных отечественных судах скорость подъема номинального груза достигает 70—80 м/мин. Скорость подъема и спуска холостого гака может быть увеличена в сравнении со ско­ ростью подъема номинального груза в 2—3 раза.

Грузоподъемное устройство должно обеспечивать и малую по­ садочную скорость, гарантирующую сохранность груза. На отече­ ственных судах эта скорость составляет 9—10,м/мин. Между поса­ дочной скоростью и скоростью подъема номинального груза долж­ на быть хотя бы одна промежуточная скорость, так же как и для подъема легкого груза желательна хотя бы одна скорость, мень­ шая скорости подъема холостого гака.

§ 71. Управление электроприводами грузоподъемных устройств

Электропривод грузоподъемного устройства, обладающего наивысшей технически возможной производительностью, должен обладать диапазоном регулирования 25:1 и иметь минимум по пять скоростей на подъем и спуск. Сразу же следует отметить, что такой электропривод практически невозможно создать при использовании многоскоростных асинхронных полюсопереключаемых двига­ телей.

Из существующих судовых электроприводов больше всего удов­ летворяет перечисленным выше требованиям электропривод по системе Г—Д. Однако он имеет серьезные недостатки. Так напри­

283

Рис. 181. Схема управления электроприводом грузовой лебедки

помещения. Нельзя не считаться и с большими строительными и эксплуатационными затратами на обслуживание этих электро­

приводов.

На большинстве судов морского флота СССР применяются гру­ зоподъемные устройства с трехскоростными асинхронными корот­ козамкнутыми двигателями.

На рис. 181 приведена схема электропривода грузовой лебедки с трехскоростным двигателем водозащищенного исполнения, у ко­ торого на статоре расположены три отдельные трехфазные обмотки на различное число пар полюсов.

Корпус снаружи имеет ребра, закрытые кожухом. При работе двигателя между кожухом и корпусом двигателя специальным вентилятором непрерывно прогоняется воздух. С открытием воз­ душной заслонки под корпусом двигателя, где установлен вентиля­ тор, замыкается выключатель ВЗ, через который получает питание катушка контактора ЛВ. Этот контактор срабатывает и подключа­

ет к сети двигатель вентилятора.

В н у л е в о м п о л о ж е н и и командоконтроллера контакт К? замыкает цепь реле напряжения PH, которое срабатывает и одним своим контактом подает питание на остальную часть схемы управ­ ления, а другим — шунтирует контакт К1.

284

Как и в схеме на рис. 179, реле PH выполняет роль нулевой за­ щиты. Получает питание и катушка /С контактора первой скорости. Контактор 1C срабатывает и замыкает свои главные контакты: в цепи обмотки первой скорости двигателя Д, а блок-контакт — в Цепи катушки контактора КТ. Однако цепь этой катушки пока ра­ зомкнута. Срабатывает контактор ВКТ и своим главным контактом шунтирует добавочное сопротивление /?д в цепи обмотки тормозного

«Подъем», замыкается контакт К2 и через него срабатывает реле В, а оно, в свою очередь, замыкает цепь контактора КВ. КонтакторКВ, сработав, подключает к сети двигатель на первую скорость, а через блок-контакты 1C и В и выпрямитель 2ПВ получает питаниекатушка контактора КТ. Контактор КТ срабатывает и подключает на выпрямитель 1ПВ обмотку ТЭМ. Двигатель растормаживается и приходит во вращение. При растормаживании двигателя механи­ чески размыкается контакт ТЭМ, включенный в цепь катушкиконтактора ВКТ. Этот контактор отключается, и последовательно- с обмоткой ТЭМ вводится добавочное сопротивление Рл ограничи­ вающее ток, а следовательно, и нагрев тормозного электромагнита.. Размыкающий блок-контакт ВКТ готовит цепь катушек 2С и 2РВ.

Это сделано для того, чтобы нерасторможенный двигатель не мог включиться на вторую и третью скорости.

Во в т о р о м п о л о ж е н и и через контакт К4 срабатывает контактор 2С и подключает к сети обмотку второй скорости двига­ теля, а своим блок-контактом размыкает цепь контактора 1C, ко­ торый отключается.

Одновременно с катушкой 2С получает питание катушка электро­ магнитного реле времени 2РВ. Реле 2РВ с выдержкой времени за­ мыкает свой контакт в цепи катушки ЗС, предотвращая тем самым включение двигателя сразу на третью скорость при быстром пере­ воде командоконтроллера из нулевого положения в третье.

В т р е т ь е м п о л о ж е н и и через контакт К5 срабатывает контактор ЗС и переключает двигатель на обмотку третьей скоро­ сти, одновременно размыкая цепь контактора 2С, т. е. отключая обмотку второй скорости;

Работа схемы во всех положениях «спуск» происходит анало­ гично, но вместо контакта К2 замкнут контакт КЗ. При этом сра­ батывают реле Н и контактор КН, который своими главными кон­ тактами меняет порядок чередования фаз в главной цепи двига­ теля.

В процессе работы лебедок нередки случаи, когда командоконтроллер быстро переводится, например, из третьего положения «Подъем» в какое-либо положение «Спуск». В этом случае двига­ тель может оказаться в режиме торможения противовключением. Такой режим крайне нежелателен, так как он связан с большими Динамическими усилиями, возникающими в приводе при слишком резком торможении.

285-.

В рассматриваемой схеме такой режим исключается. Как толь­ ко командоконтроллер выведен из положения 2, контакторы 2С и тем более ЗС отключаются. Через блок-контакты этих контакторов получают питание катушки 1C и 1РВ. Двигатель включается на обмотку первой скорости и попадает в режим рекуперативного тор­

КН, т. е. произойдет реверсирование двигателя. Для того чтобы двигатель успел затормозиться, реле 1РВ должно иметь выдержку времени около 0,3—0,5 с.

Для защиты двигателя от перегрева в обмотках статора заложе­ ны температурные реле, контакты которых включены в цепь реле защиты РЗ. При перегреве двигателя выше допускаемой температу­ ры контакт КТР размыкается, отключая реле РЗ. Работа двигателя на второй и третьей скоростях становится невозможной до тех пор, пока двигатель не остынет. При срабатывании теплового реле 1РТ размыкается цепь реле PH и двигатель отключается. '

В заключение отметим, что в настоящее время разрабатывают­

дать грузоподъемное устройство высокой производительности и вы­ сокой надежности с абсолютно плавным регулированием частоты вращения в широком диапазоне.

§ 72. Управление судовыми вспомогательными котлами

Вспомогательные котельные установки судов вырабатывают пар, который используется для отопительной системы, для приго­ товления пищи, подогрева воды и топлива* для прачечной, тушения пожара, а на танкерах, кроме того, и для работы паровых механизмов, подогрева груза перед грузовыми операциями и моечной воды танков.

Для получения пара на ходу судна обычно используется тепло

при маневрировании в узкостях и на швартовке вводится в дейст­ вие вспомогательный котел, в котором для получения пара сжи­ гается топливо.

Выход из строя вспомогательного котла в зимнее время может привести к серьезным последствиям для судна.

При работе вспомогательного котла необходимо вести непре­ рывное наблюдение за давлением пара и уровнем воды в котле, за

286

наличием факела и количеством поступающего воздуха в . топку, за температурой и давлением топлива. Выход за допустимые пре­ делы любого из перечисленных параметров повлечет за собой не­ исправность котельной установки и даже взрыв котла.

При ручном обслуживании вероятность аварии котельной уста­ новки возрастает. Автоматизация котельных установок приводит не только к сокращению обслуживающего персонала, но и к устра­ нению недостатков ручного регулирования.

Принцип автоматического регулирования работы котла зависит от типа применяемых форсунок — распылителей топлива.

На судах бывают форсунки двух типов: центробежные и рота­ ционные.

К ц е н т р о б е ж н о й форсунке топливо подается под давле­ нием 12—24 кгс/см2. Проходя через канал форсунки, оно попадает в вихревую камеру, где приобретает интенсивное вращательное дви­ жение и выбрасывается из сопла со скоростью до 80 м/с. Снижение давления топлива приводит к резкому ухудшению распыла и каче­ ства сгорания его.

У р о т а ц и о н н ы х (вращающихся) форсунок топливо смеши­ вается с воздухом и распыливается в самой форсунке. Такие фор­ сунки позволяют плавно регулировать количество поступающего в топку топлива. Следовательно, и система автоматического управле­ ния может в этом случае вести плавное регулирование производи­ тельности котла в зависимости от расхода пара.

Ротационные форсунки преимущественно применяются в глав­ ных котельных установках, но встречаются и во вспомогательных котлах (суда типа «М. Калинин»).

Значительно чаще во вспомогательных котельныхустановках используются центробежные форсунки. Производительность котла в этом случае регулируется прерывисто.

На отечественных судах зарубежной постройки широко приме­ няется котельная автоматика фирмы «Монарх». Она имеет ряд. модификаций и установлена на больших сериях судов типа «Анди­ жан», «Повенец», «Пионер», «Волголес» и других.

На рис. 182 приведена для примера схема одного из вариантов системы автоматического управления работой вспомогательного котла теплохода «Адимилес», которая вводится в действие включе­ нием пакетного выключателя ВП. Если при этом дистанционные выключатели ДВ1 и ДВ2 замкнуты, уровень воды в котле нормаль­ ный и работает воздуходувка, установленная в трубе, то образуетсяследующая цепь: вторичная обмотка трансформатора Ту, выключа­ тели ДВ1 и ДВ2, контакт реле уровня У, блок-контакт КВ магнитно­ го пускателя воздуходувки, контакт реле РБ, контакт Р7 програм­ много реле Р, выключатель первой форсунки В1, контакт реле дав­

статочный для срабатывания реле РБ. Срабатывает реле РУ я за_-

287'

мыкает -все свои контакты, а переключающий контакт в цепи двигателя программного реле перебрасывает в нижнее положение, в результате чего получают питание катушка линейного контактора Л, запальный трансформатор ТЗ и двигатель программного реле Р. Линейный контактор подключает двигатель Д, на валу которого, кроме топливного насоса, расположен вентилятор, подающий воз­ дух в топку. Начинается вентиляция топки. На электродах запаль­ ного трансформатора появляется искра. Двигатель программного реле начинает вращаться. Он поворачивает кулачковый вал на один оборот за 100 с. При этом контакты реле замыкаются и раз­ мыкаются через определенные промежутки времени в соответствии с заданной программой (рис. 183). Контакты Р2, Р6, Р7 програм­ много реле являются переключающими, а контакт РЗ — сдвоен­ ным.

Через время Ч (~ 2 5 с ) замыкается контакт Р5, а контакт Р6 переключается. Переключение контакта Р6 ничего в схеме пока не изменит, так как несколько раньше замкнулся контакт Р1. Через контакт Р5 получает питание электромагнит ЭМ1 соленоидного кла­ пана первой форсунки. Через первую форсунку поступает топливо, которое загорается от искры запального трансформатора. Фо­ тоэлемент F, освещенный пламенем, подает сигнал на магнитный усилитель МУ, в результате чего срабатывает реле РФ и переклю­

тание электромагнит ЭМ2 соленоидного клапана второй форсунки ш электромагнит ЭМЗ, поднимающий воздушную заслонку. Вторая

Рис. 182. Схема автоматического управления работой судового вспомогательного котла

‘288

приводится в исходное положение. Котел вновь вводится в рабо­ ту, когда давление пара уменьшится до 5,5 кгс/см2 и замкнется контакт РД1.

Схема при неисправности. Если в процессе запуска котла после времени /2, т. е. к моменту переключения контакта Р2, не сработает реле РФ, то через переключившийся контакт Р2 получит питание катушка реле РБ, которое сработает и своим размыкающим кон­ тактом обесточит всю схему, а другим контактом подаст питание на красную лампу ЛК («неисправность») и ревун.

Нажатием кнопки КБ подается питание на катушку электро­ магнитного возврата реле РБ в исходное положение, после чего включается двигатель Я и в течение 70 с приводит программное ре­ ле в исходное положение, а затем запуск схемы повторяется. При повторном срабатывании сигнала «неисправность» необходимо выключить схему и искать повреждение.

Причины, которые приводят к возникновению сигнала «неис­ правность», можно разделить на три группы:

1. Неисправности, связанные с топливом: сгорела катушка со­ леноидного клапана ЭМ1, засорились фильтры и упало давление топлива, в топливе вода, отключился двигатель Д и т. д.

2. Неисправности, связанные с отсутствием искры: велик или слишком мал зазор между электродами, повреждена фарфоровая изоляция электродов, загрязнены высоковольтные выводы запального трансформатора, неисправен запальный трансфор­ матор.

3. Неисправности, связанные с работой фотоканала: вышел из строя фотоэлемент, магнитный усилитель, реле РФ, трансформа­ тор Тыу.

289