ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«КЕРЧЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра электрооборудования судов и автоматизации производства
КУРСОВОЕ И ДИПЛОМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СУДОВОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ И СИСТЕМ АВТОМАТИКИ
НА РЫБОПРОМЫСЛОВЫХ СУДАХ
учебное пособие
Под общей редакцией С.П. Голикова
2017
1
УДК
ББК
Рецензенты:
Олейников Александр Михайлович, доктор технических наук, профессор, руководитель группы по развитию и новым технологиям ФГУП «13 СРЗ Черноморского флота» Министерства обороны Российской федерации,
Голубев Александр Николаевич, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры теоретических основ электротехники и электротехнологий ФГБОУВО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина»,
Титов Иван Леонидович, кандидат технических наук, флагманский электромеханик АО «Проект».
Коллектив авторов:
Голиков Сергей Павлович, канд. техн. наук, доцент, Масюткин Евгений Петрович, канд. техн. наук, профессор, Савенко Александр Евгеньевич, канд. техн. наук,
Черный Сергей Григорьевич, канд. техн. наук, доцент, Авдеев Борис Александрович, канд. техн. наук, Алексахина Людмила Викторовна, канд. экон. наук, Сметюх Надежда Павловна
Курсовое и дипломное проектирование судового электрооборудования и систем автоматики на рыбопромысловых судах : учебное пособие / С.П. Голиков [и др.], под общ. ред. С.П. Голикова. – Керчь : ФГБОУ ВО «КГМТУ», 2017. – 285 с.
Учебное пособие содержит основные положения для выполнения курсовых и дипломных проектов в области проектирования судовых электротехнических комплексов. Приведены требования к структуре и оформлению проектов, процедуре их выполнения и защиты. Рассмотрены методики расчета основных элементов судовых электротехнических комплексов с использованием справочных материалов. Даны методические рекомендации по расчету параметров и выбору оборудования. Изложены требования по содержанию дополнительных разделов дипломных проектов.
Пособие предназначено для курсантов, осваивающих основные образовательные программы по специальности высшего и среднего профессионального образования 26.05.07 (26.02.06) «Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики» и направления бакалавриата 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» (профиль «Электрооборудование и автоматика судов»).
«Рекомендовано Ученым советом Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Керченский государственный морской технологический университет» в качестве учебного пособия для обучающихся по основным образовательным программам высшего образования по специальности 26.05.07 «Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики» и направления подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника».
Протокол № 1 от «28» августа 2017 г.
© ФГБОУ ВО «КГМТУ», 2017 г.
2
Оглавление |
|
Введение ..................................................................................................................................... |
7 |
1 Общие вопросы организации дипломного и курсового проектирования ......................... |
8 |
1.1 Организация курсового проектирования .................................................................. |
8 |
1.1.1 Цели, задачи и тематика курсового проектирования. Задание на курсовое |
|
проектирование .......................................................................................................................... |
8 |
1.1.2 Структура курсового проекта ................................................................................ |
10 |
1.1.3 Организация выполнения и защиты курсового проекта .................................... |
10 |
1.2 Общие вопросы организации дипломного проектирования ................................. |
12 |
1.2.1 Цели, задачи и тематика дипломного проектирования....................................... |
12 |
1.2.2 Задание на дипломное проектирование................................................................ |
13 |
1.2.3 Структура дипломного проекта............................................................................. |
14 |
1.2.4 Организация выполнения и защиты выпускной квалификационной работы.. |
16 |
1.3Требования к оформлению курсовых проектов и выпускных
квалификационных работ ............................................................................................................ |
24 |
1.3.1 Нормативные документы ....................................................................................... |
24 |
1.3.2 Основные понятия .................................................................................................. |
25 |
1.3.3 Стадии разработки устройства .............................................................................. |
26 |
1.3.4 Виды конструкторской документации ................................................................. |
27 |
1.3.5 Требования к оформлению текстовой части работы........................................... |
28 |
1.3.6 Правила выполнения электрических схем ........................................................... |
35 |
1.3.7 Ведомость технического проекта.......................................................................... |
82 |
2 Расчет и проектирование элементов судовых электротехнических комплексов ....... |
84 |
2.1 Расчет и проектирование электроприводов судовых механизмов ....................... |
84 |
2.1.1 Проектирование электропривода рулевого устройства ...................................... |
84 |
2.1.1.1 Исходные данные для расчета ....................................................................... |
84 |
2.1.1.2Определение геометрических характеристик пера руля,
гидродинамических сил и моментов, действующих на перо руля.................................. |
84 |
2.1.1.3 Определение диаметра баллера руля ............................................................. |
87 |
2.1.1.4 Расчет электрогидравлического рулевого привода ...................................... |
87 |
2.1.1.5 Разработка электрической схемы электропривода....................................... |
97 |
2.1.2 Проектирование электропривода якорно-швартовного устройства................. |
99 |
2.1.2.1 Исходные данные для расчета ....................................................................... |
99 |
2.1.2.2 Выбор основных параметров якорно-швартового устройства.................... |
99 |
2.1.2.3 Расчет мощности электродвигателя............................................................. |
102 |
3 |
|
2.1.2.4 Предварительный выбор электродвигателя ................................................ |
103 |
2.1.2.5 Проверка двигателя по значению пускового момента............................... |
104 |
2.1.2.6 Проверка выбранного электродвигателя на нагрев.................................... |
104 |
2.1.2.7 Разработка электрической схемы электропривода..................................... |
107 |
2.1.3 Проектирование электропривода судовых грузовых лебедок ......................... |
109 |
2.1.3.1 Исходные данные для расчета ..................................................................... |
109 |
2.1.3.2 Выбор редуктора грузового устройства ...................................................... |
111 |
2.1.3.3 Предварительный выбор исполнительного электродвигателя лебедки ... |
112 |
2.1.3.4 Расчет и построение нагрузочной диаграммы ............................................ |
112 |
2.1.3.5 Проверка выбранного электродвигателя на обеспечение заданной |
|
производительности........................................................................................................... |
120 |
2.1.3.6 Проверка выбранного электродвигателя на нагрев.................................... |
120 |
2.1.3.7 Разработка электрической схемы электропривода..................................... |
120 |
2.1.4 Методические указания по расчету параметров и выбору элементов схем |
|
судового электропривода ...................................................................................................... |
121 |
2.1.4.1 Методические рекомендации по выбору контакторов .............................. |
121 |
2.1.4.2 Методические рекомендации по выбору реле защиты .............................. |
123 |
2.1.4.3 Методические рекомендации по выбору реле управления ....................... |
126 |
2.1.4.4 Методические рекомендации по выбору автоматических выключателей128 |
|
2.1.4.5 Методические рекомендации по выбору магнитных пускателей ............. |
133 |
2.1.4.6Методические рекомендации по выбору силовых кулачковых
контроллеров ...................................................................................................................... |
134 |
2.1.4.7 Методические рекомендации по выбору магнитных контроллеров ....... |
137 |
2.1.4.8 Методические рекомендации по выбору кнопок и кнопочных постов.... |
139 |
2.2 Расчет и проектирование судовой электроэнергетической системы ................. |
140 |
2.2.1 Цели задачи проектирования. Требования к результатам проектирования.... |
140 |
2.2.2 Определение нагрузки генераторов судовой электроэнергетической системы141
2.2.2.1 Методы расчета нагрузки СЭЭС .................................................................. |
141 |
2.2.2.2 Табличный метод расчета нагрузки ............................................................. |
142 |
2.2.2.3 Проверка генераторов по провалу напряжения .......................................... |
150 |
2.2.3 Разработка схемы распределения электроэнергии по судну .......................... |
157 |
2.2.4 Расчет и выбор преобразователей электроэнергии ........................................... |
159 |
2.2.5 Расчет судовой сети.............................................................................................. |
160 |
2.2.6 Выбор коммутационно-защитной аппаратуры .................................................. |
166 |
2.2.7 Выбор и расчет шин ГРЩ и АРЩ....................................................................... |
171 |
4 |
|
2.2.8Расчет значений токов при коротком замыкании в судовой
электроэнергетической системе............................................................................................ |
174 |
2.2.9 Проверка элементов судовой электроэнергетической системы по токам |
|
короткого замыкания ............................................................................................................. |
187 |
2.2.9.1 Проверка шинопроводов по токам короткого замыкания ......................... |
187 |
2.2.9.2 Проверка аппаратов защиты по токам короткого замыкания .................. |
190 |
2.2.10 Разработка генераторной секции ГРЩ с системой автоматизированного |
|
управления генераторными агрегатами ............................................................................... |
192 |
2.2.10.1 Разработка принципиальной схемы генераторной секции ГРЩ ............ |
192 |
2.2.10.2 Разработка системы автоматизации судовой электроэнергетической |
|
системы ............................................................................................................................... |
197 |
2.3 Расчет и проектирование управляемого выпрямителя для электропривода |
|
постоянного тока ........................................................................................................................ |
198 |
2.3.1 Цели задачи проектирования............................................................................... |
198 |
2.3.2 Разработка структурной схемы устройства........................................................ |
199 |
2.3.3 Расчет элементов устройства............................................................................... |
200 |
2.3.3.1 Расчет силового блока выпрямителя. .......................................................... |
200 |
2.3.3.2 Расчѐт защиты преобразователя................................................................... |
204 |
2.3.3.3 Расчет элементов схемы системы управления............................................ |
205 |
2.3.3.4 Разработка схемы и расчет элементов блока питания системы управления210 |
|
2.4 Разработка и проектирование микропроцессорных управляющих систем ....... |
216 |
2.4.1 Цели задачи проектирования............................................................................... |
216 |
2.4.2 Пример разработки МПСУ грузовым лифтом [27] .......................................... |
218 |
2.4.2.1 Краткое описание объекта автоматизации (грузового лифта) и устройства |
|
управления им..................................................................................................................... |
218 |
2.4.2.2 Разработка алгоритма функционирования устройства управления ......... |
219 |
2.4.2.3 Выбор структурной схемы микропроцессорной системы управления .... |
220 |
2.4.2.4 Разработка принципиальной электрической схемы МПСУ ...................... |
223 |
2.4.2.5 Разработка программы, заносимой в ПЗУ МПСУ...................................... |
224 |
2.4.2.6 Прошивка ПЗУ ............................................................................................... |
229 |
2.4.3 Контроллеры систем............................................................................................. |
229 |
2.5 Проектирование судовой компьютерной сети...................................................... |
231 |
2.5.1 Задачи проектирования ........................................................................................ |
231 |
2.5.2 Указания к проектированию................................................................................ |
233 |
2.5.3 Разработка судовой компьютерной сети пассажирского парома .................... |
235 |
2.5.3.1 Расчет сети доступа на базе Fast Ethernet .................................................... |
235 |
5 |
|
|
2.5.3.2 Выбор оборудования для судовой компьютерной сети ............................. |
248 |
|
|
2.5.3.3 Расчет затухания ............................................................................................ |
250 |
|
|
2.5.3.4 Монтаж локальной сети ................................................................................ |
251 |
|
|
2.5.3.5 |
Установка и настройка программного обеспечения ................................. |
251 |
|
2.5.3.6 |
Тестирование сети ........................................................................................ |
253 |
3 |
Расчет показателей надежности электротехнических устройств ................................. |
254 |
|
|
3.1 Показатели надежности неремонтируемых объектов.......................................... |
254 |
|
|
3.2 Расчеты надежности неремонтируемых систем ................................................... |
256 |
|
|
3.2.1 Составление логических схем ............................................................................. |
256 |
|
|
3.2.2 Виды расчетов надежности.................................................................................. |
257 |
|
|
3.2.3 Расчеты надежности систем, которые отказывают при отказе ........................ |
259 |
|
|
одного элемента (нерезервированных систем) ....................................................... |
259 |
|
4 |
Разработка мероприятий по технической эксплуатации судового электрооборудования261 |
||
5 |
Разработка мероприятий по предотвращению загрязнения с судов.............................. |
262 |
|
6 |
Разработка мероприятий по безопасной эксплуатации судового электрооборудования264 |
||
7 |
Расчет единовременных (капитальных) затрат, необходимых для создания и |
||
внедрения новой техники .............................................................................................................. |
266 |
||
Приложение А Задания для выполнения курсовых проектов........................................... |
269 |
||
Список использованной литературы............................................................................... |
280 |
||
6
Введение
Повышение эффективности эксплуатации морских технических объектов различного назначения (транспортные и промысловые суда, суда вспомогательного флота, морские платформы, плавкраны и прочее) напрямую связано с эффективностью функционирования электротехнических комплексов (ЭТК) указанных объектов. Современные ЭТК представляют собой сложные системы, которые объединяют в себе традиционные электроэнергетические системы, предназначенные для выработки распределения электрической энергии, судовые системы, устройства и механизмы, определяющие многообразие потребителей электроэнергии, системы автоматического управления и регулирования, построенные с использованием электронной и микропроцессорной техники. Современные морские объекты немыслимы без компьютерной техники, являющейся зачастую «мозгом» всего электротехнического комплекса. Эффективная, безаварийная эксплуатация ЭТК определяется квалификацией обслуживающего персонала. В соответствии с требованиями ПДНВ-78 компетенции судового электромеханика (electro technical officer) охватывают обширную область деятельности – от эксплуатации судовых генераторов и электроприводов до обслуживания компьютерных сетей и навигационного оборудования.
Федеральный государственный образовательный стандарт и Международная конвенция ПДНВ 78 с поправками (таблица А-III/7 Раздела А-III/7 «Обязательные минимальные требования для дипломирования электриков») определяют перечень компетенций, формирование которых осуществляется на протяжении всего срока обучения при освоении ряда профессиональных дисциплин. По ряду дисциплин курсанты выполняют курсовые проекты, целью которых является освоение методик расчета элементов и составных частей ЭТК, а также приобретение навыков и умений проектирования сложных систем. В программе государственной итоговой аттестации курсанты выполняют выпускную квалификационную работу в виде дипломного проекта (ДП). Содержание ДП определяется заданием на разработку судового ЭТК с привязкой к судну-прототипу. ДП является продуктом междисциплинарной интеграции в части использования методик расчета и проектирования составных частей ЭТК, а также демонстрации знаний и умений, полученных в ходе освоения профессиональных дисциплин.
Основной целью учебного пособия является определение требований к курсовым и дипломным проектам в части их структуры, содержания разделов, ознакомление курсантов с правилами оформления проектов и организацией защиты. Пособие содержит методики расчета и проектирования типовых узлов и частей ЭТК, примеры их применения и справочные материалы.
Учебное пособие содержит достаточное для учебного проектирование количество справочных материалов, при их недостатке или необходимости расширения номенклатуры рекомендуется использовать дополнительную справочную литературу.
7