Лекция №5. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЯКОРНО-ШВАРТОВНЫХ МЕХАНИЗМОВ И ТРЕБОВАНИЯ К ИХ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМ. МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ, СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ ЯКОРНО-ШВАРТОВНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ (2 часа)
Цель занятия: занятия направлены на формирование компетенций
ПК-1. Способен осуществлять безопасное техническое использование, техническое обслуживание, диагностирование и ремонт судового электрооборудования и средств автоматики в соответствии с международными и национальными требованиями в части знания устройства и принципа работы элементов судовых электроприводов (З-2.1, З-2.2).
ПК-7. Способен осуществлять безопасное техническое использование, техническое обслуживание, диагностирование и ремонт электрооборудования и средств автоматики судовых палубных механизмов и грузоподъемных устройств в соответствии с международными и национальными требованиями (З-3.1).
ПК-10. Способен осуществлять наблюдение за эксплуатацией электрических и электронных систем, а также систем управления (З-4.1).
Результаты обучения по дисциплине должны обеспечить достижение обучающимися требуемой в соответствии с Таблицей A-III/6 Кодекса ПДНВ компетентности в сфере:
Наблюдение за эксплуатацией электрических и электронных систем, а также систем управления (Судовые электроприводы).
Методические материалы:
1.Савенко А.Е. Судовые электроприводы: учебное пособие для курсантов специальности
26.05.07Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики и направления подготовки 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника / А.Е. Савенко - Керчь: ФГБОУ ВО КГМТУ, 2019.- 208 с.
2.Набор слайдов с иллюстрациями по теме лекции.
Учебное оборудование:
Аудитория, комплектованная учебной мебелью, доской и видеопроекционным оборудованием для презентаций, средствами звуковоспроизведения, экраном.
Последовательность изложения учебного материала:
Общая характеристика якорно-швартовных механизмов и требования к их электроприводам
Якорно–швартовное устройство (шпили, брашпили, лебедки) призвано обеспечить: вопервых, надежную стоянку судна на якоре в любых условиях эксплуатации и во-вторых, операции по швартованию судов у причалов или на рейде.
Шпилевые и брашпильные электроприводы должны обеспечивать их пуск при полной нагрузке, поддержание необходимого вращающего момента при замедлении скорости выбирания якорной цепи вплоть до полной остановки, удерживать якорь на весу в случае прекращения подачи электроэнергии, регулирования частоты вращения при подъеме и спуске якоря, простоту управления и плавность работы.
Правила Морского Регистра устанавливают, что мощность привода якорного механизма должна обеспечивать выбирание любой из якорных цепей со скоростью не менее 10 м/мин при тяговом усилии на звездочке:
42
F1
1,13 (g
h
G)
,
где g – вес погонного метра якорной цепи, Н/м; h – глубина якорной стоянки, м; G – вес якоря, Н.
Привод должен обеспечивать выбирание цепи с указанной скоростью и тяговым усилием в течение не менее 30 мин без перерыва, а также спуск одного якоря на глубину якорной стоянки. Рекомендуемая скорость втягивания якоря в клюз не более 7 м/мин. Кроме того, привод должен обеспечить одновременное выбирание двух свободно висящих якорей с половины условной глубины, определяемой диаметром якорной цепи:
-Д = 14 мм – 1/3 длины цепи;
-Д = 15 –17 мм – 60 м;
-Д = 18 – 28 мм – 80 м;
-Д ≥ 28 мм – 100 м.
Привод швартовного механизма должен обеспечить:
-непрерывное выбирание швартовного троса при номинальном тяговом усилии с номинальной скоростью не менее 30 м/мин;
-скорость выбирания ≤ 18 м/мин при номинальном тяговом усилии;
-привод должен развивать усилие в тросе не менее двухкратного в течение 15 с и электродвигатели постоянного и переменного тока с фазовым ротором должны выдерживать указанный режим стоянки под током.
Автоматические швартовные лебедки (АШЛ) автоматически поддерживают заданное усилие в швартовном тросе, предотвращая его провисание при уменьшении и натяжения и разрыв при увеличении натяжения.
Мощность электродвигателей, системы управления и защиты якорно-швартовных электроприводов
Установление номинальных параметров ИД якорных электроприводов
Установление номинальных параметров двигателя производится на основании требований Морского Регистра по обеспечению необходимых натяжений цепи на клюзе и нормированным скоростям выбирания якорного каната. При выборе конкретного типа двигателя учитываются дополнительные условия по обеспечению пусковых и перегрузочных моментов, необходимой глубины регулирования скорости, конструктивной защищенности в зависимости от места установки.
Номинальный момент
М |
н |
|
может быть найден, исходя из расчетного тягового усилия
ТРег , в зависимости от категории используемой цепи:
М |
|
|
Т |
Рег |
R |
f |
|
, |
|
|
зв |
|
к |
||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
н |
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Rзв – диаметр якорной звездочки; fк |
– коэффициент, учитывающий трение цепи в клюзе, |
|||||||
fк 1,35; i, – передаточное число и КПД якорного механизма.
Пусковой момент |
М |
п |
двигателя обеспечивает трогание привода с места, когда |
|
|||
|
|
|
статические коэффициенты трения отдельных звеньев механической передачи имеют повышенные значения, создает необходимые условия для нормального разгона привода. Пусковой момент должен превышать максимально возможный момент нагрузки. Обычно принимается, что значение избыточности должно быть не менее 50% номинального момента. В условиях отрыва якоря, согласно Морскому Регистру, привод должен преодолевать
43
полуторакратные усилия сравнительно с расчетными, натяжениям подрыва якоря при глубине стоянки h = 100 двигателя должен удовлетворять следующему неравенству
М |
п |
1,5М |
0,5М |
н |
|
н |
|
что ориентировочно соответствует м. Таким образом, пусковой момент
2М |
. |
|
н |
||
|
Номинальная частота вращения выбирания цепи при расчетной нагрузке двигателя
двигателя должна отвечать нормированной скорости
v |
рег |
0,15 |
м/с, откуда необходимая угловая скорость |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
i |
. |
|
||
рег |
|
|
||||||
|
н |
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
зв |
|
|
Номинальная мощность устанавливается по выбранным параметрам |
||||||||
относится к 30-минутному режиму работы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
Р |
М |
|
|
10 |
3 |
. |
||
|
|
|||||||
н |
|
|
н |
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Значение мощности может быть непосредственно установлено по тяговым характеристикам якорной цепи:
Рн ТРег vрег 10 3 .
М |
н и |
|
|
н и |
нормированным
Установление номинальных параметров ИД швартовных электроприводов
Швартовный электропривод предназначен для работы в кратковременном 30-минутном режиме.
Номинальное натяжение швартовного троса
Т |
н |
|
не должно превышать 1/3 его разрывного
усилия.
Номинальная скорость н выбирания швартовного каната на первом слое навивки
барабана при номинальном тяговом усилии не должна превышать 0,3 м/с. Практические скорости швартовных устройств, находящихся в эксплуатации при паспортных тяговых усилиях 0,5–12,5 кН, находятся в пределах 0,3–0,2 м/с. Как правило, предусматривается возможность повышенной скорости выбирания ненагруженных швартовных канатов. Рабочая мощность привода на этой скорости не является определяющей.
Короткозамкнутые электродвигатели после 30-минутной работы с номинальным тяговым усилием должны выдерживать стоянку под током продолжительностью не менее 15 сек. Палубные двигатели нормализованного ряда обычно рассчитаны на 45–60 сек стоянки. При оценке номинальной мощности этот фактор учитывается поправочным коэффициентом:
К |
ст |
|
|
|
t |
доп |
10 |
|
|
|
|
15 |
|
,
где tдоп – допустимое время стоянки каталожного двигателя после работы в номинальном
режиме.
Мощность ИД швартовного устройства, таким образом:
Рн Кст Тн vн 10 3 .
44
Особенности систем управления
Современное состояние технологии якорно-швартовных операций на большинстве этапов предусматривает необходимость ручного управления электроприводом. Более того, требуется, чтобы посты управления устанавливались в непосредственной близости от места проведения работ, обеспечивая возможность их визуального контроля. Внедряемые системы дистанционной отдачи якоря действуют при разобщенном электроприводе, что не ставит перед ним никаких дополнительных задач. В автоматических швартовных лебедках (АШЛ), наряду с ручными опрерациями по швартовке, предусматривается возможность регулирования постоянного натяжения швартовного каната на заданном уровне. В последнем случае автоматизация работы существенно изменяет режим использования электродвигателя, степень загрузки и характер действия управляющей аппаратуры.
На транспортных судах установлены и эксплуатируются следующие системы управления якорными и швартовными электроприводами: контроллерная, контакторная, система Г–Д. Для любой из систем предусматривается пост ручного управления. Вращение рукоятки или маховичка по часовой стрелке должно соответствовать режиму «Выбирать», против часовой стрелки – режиму «Травить». При вертикальном расположении рукояток для выбирания необходимым движением является «На себя» или «Вправо», для травления – «От себя» или «Влево».
Контроллеры устанавливаются на открытой палубе и имеют степень защищенности IP56. Кулачковые элементы располагаются в блоке в два ряда. Каждая пара подвижных контактов имеет привод от общей кулачковой шайбы. Конец вала, на котором располагаются кулачки, выведен наружу и снабжен управляющим маховичком. Имеются упоры, ограничивающие предельные углы поворота и пружинные фиксаторы отдельных положений. Контактные группы контроллера переменного тока размещены в специальных асбоцементных камерах, разделяющих коммутационные зоны элементов. Схемы действия контроллеров симметричны.
Контакторная система управления имеет преимущественное распространение. Она обеспечивает автоматизацию процессов разгона и торможения электропривода, более совершенную работу электрической защиты. При этом имеется возможность коммутации цепей практически любой необходимой для якорно-швартовных устройств мощности. Комплектные контакторные станции управления иначе называют магнитными контроллерами. Магнитные контроллеры чаще всего устанавливаются в закрытых помещениях под палубой и имеют брызгозащищенное исполнение. Аппаратура, располагаемая в шкафах магнитных станций, имеет защищенность IP00. Обозначения аппаратов соответствуют принятым в принципиальной и монтажной схемах. Клеммники элементов и подключаемые к ним кабели имеют одинаковую цифровую и буквенную маркировку, которая имеется также и на монтажной схеме.
Дистанционное управление магнитными контроллерами осуществляется командными аппаратами с заданной программой замыкания и размыкания контактов, реализуемой при повороте рукоятки. Такие аппараты называют командоконтроллерами. Они рассчитаны на коммутацию катушек электромагнитных элементов магнитной станции. Аппараты устроены по принципу кулачкового контроллера. Снабжены подвижными контактами мостикового типа. Устанавливаются на палубе, имеют степень защиты IP56. Системы управления с магнитными контроллерами чаще всего симметричны.
Система Г–Д имеет ограниченное использование. Ее применение в свое время было оправдано при больших мощностях якорных электроприводов или на плавучих сооружениях, доках, имеющих повышенную интенсивность использования, требующих по технологии выполняемых работ значительной глубины и плавности регулирования скорости. Система Г–Д выполняется с ПКО на генераторе, чем обеспечивается смягчение механических характеристик, защита от перегрузки по току и ограничение мощности, потребляемой из сети. В настоящее время
45
схема Г–Д для приводов большой мощности успешно может быть заменена системой «управляемый выпрямитель – двигатель» (УВ–Д).
Якорно-швартовные электроприводы относятся к категории ответственных. Это обстоятельство определяет особое отношение к обеспечению работоспособности в любых условиях при нерегулярных нагрузках. Одним из факторов надежного действия электропривода является правильная и четкая работа элементов его защиты. Защита должна отключать двигатель полностью или частично, ограничивать его работоспособность при чрезмерных перегрузках, способных вызвать повреждение обмоток.
В якорно-швартовных электроприводах находят применение защита от коротких замыканий, защита от перегрузок и нулевая блокировка (защита). Защита от коротких замыканий в цепях управления осуществляется плавкими предохранителями. В питающих кабелях ставятся автоматические выключатели, практически не входящие в состав электропривода.
Защита от перегрузки в якорно-швартовных электроприводах выполняется различными техническими средствами. В отечественных электроприводах с двигателями типа МАП используются тепловые токовые реле серии ТРТ. Каждая скоростная обмотка имеет различную мощность и защищается своей группой реле, включенных в две фазы. Уставки реле могут регулироваться в пределах ±15% от номинального тока.
Нулевая блокировка осуществляется посредством электромагнитных реле, контролирующих питание цепей управления на рабочих положениях поста управления. Такое реле является промежуточным звеном отключения двигателя при срабатывании защиты от перегрузки. Нулевая блокировка позволяет восстановить работоспособность схемы только после постановки командоаппарата в нулевое положение. Это обеспечивает безопасность ведения якорных и швартовных операций при случайных перерывах питания или при срабатывании защиты, а также определяет обязательную реализацию программы последовательного разгона привода по предусмотренным ступеням.
Контрольные материалы для проверки усвоения учебного материала:
1. Для чего нужно якорно–швартовное |
а) обеспечить надежную стоянку судна на якоре и операции по |
устройство? |
швартованию судов у причалов или на рейде |
|
б) предназначено для управления судном во время движения |
|
в) обеспечение материалами и запасами по номенклатуре и в |
|
количествах, необходимых для безопасного плавания |
|
г) служат для оказания помощи терпящим бедствие на воде |
|
|
2. Мощность привода якорного механизма |
а) не менее 6 кВт |
должна быть? |
б) не менее 10 кВт |
|
в) не менее 12 кВт |
|
г) не менее 4 кВт |
3. Работа привода без перерыва должна |
а) не менее 20 мин |
быть… |
б) не менее 30 мин |
|
в) не менее 40 мин |
|
г) не менее 10 мин |
|
|
4. Какова должна быть скорость |
а) не более 7 м/мин |
втягивания якоря в клюз? |
б) не более 5 м/мин |
|
в) не более 10 м/мин |
|
г) не более 15 м/мин |
|
|
5. Привод швартовного механизма должен |
а) непрерывное выбирание швартовного троса |
обеспечить… |
б) периодическое выбирание швартовного троса |
|
в) постоянное выбирание швартовного троса |
|
г) эпизодическое выбирание швартовного троса |
|
|
|
46 |
6. Какая скорость выбирания швартовного механизма?
7. Какие ЭД используются в якорно– швартовное устройство?
8. Автоматические швартовные лебедки нужны для …
9. При выборе двигателя якорных электроприводов учитываются…
10. Какой коэффициент трения цепи в клюзе?
11. Найти формулу номинального момента
… |
М |
н |
||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Т |
Рег |
- тяговое усилие |
||||
|
|
|
||||
R |
зв |
|
|
- диаметр якорной звездочки |
||
|
|
|
|
|
||
i, |
- передаточное число и КПД якорного |
|||||
механизма |
||||||
f |
к |
- коэффициент, учитывающий трение |
||||
|
|
|
|
|
||
цепи в клюзе
12.Пусковой момент должен…
13.Номинальная частота вращения двигателя имеет вид
R |
зв |
- диаметр якорной звездочки |
|
|
i, - передаточное число и КПД якорного механизма
vрег - скорость выбирания цепи
14. Номинальная мощность якорных электроприводов относится к…
а) ≥ 18 м/мин б) ≤ 5 м/мин в) ≥15 м/мин г) ≤ 18 м/мин
а) постоянного тока б) переменного тока в) другой ответ
г) нет подходящего ответа д) оба ответа верны
а) предотвращения провисания при уменьшении и натяжения и разрыв при увеличении натяжения б) предотвращения повышения чувствительности натяжения
в) предотвращения вращающегося момента при замедлении скорости г) предотвращения раскачивания груза на судне
а) условия по номинальной мощности б) условия по обеспечению пусковых и перегрузочных моментов
в) условия по номинальной частоте вращения двигателя г) условия по передаточного числа и КПД якорного механизма д) все вышеперечисленные
а) |
f |
к |
|
3, 5 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) |
f |
к |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в) fк |
|
|
|
1,35 |
|
|
|
||||||||
г) |
f |
к |
2, 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
а) |
М |
|
|
|
Т |
|
R |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
Рег |
зв |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М |
н |
|
Т |
Рег Rзв fк |
||||||||||
б) |
|
|
|
|
|
i |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в) |
|
|
|
|
|
|
Т |
|
|
|
R |
|
|
|
|
М |
|
|
|
|
|
Рег зв |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
н |
|
|
|
2i |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
г) |
|
|
|
|
|
|
2Т |
|
|
R |
f |
|
|||
М |
|
|
|
|
|
|
Рег |
зв |
|
к |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) превышать максимально возможный момент нагрузки б) превышать номинальный момент нагрузки в) не превышать максимальный момент нагрузки г) не превышать номинальный момент нагрузки
а) н |
vрегiRзв |
|
||
|
|
v |
i / R |
|
б) |
н |
|
рег |
зв |
|
|
|
|
|
в) |
н |
vрегiRзв |
/ 2 |
|
г) |
н |
vрегi / 2Rзв |
||
а) 15-минутному режиму работы б) 20-минутному режиму работы в) 30-минутному режиму работы г) Другой ответ.
47
15. Определить верную формулу нормированной тяговой характеристики якорной цепи…
vрег |
- скорость выбирания цепи |
|||
R |
зв |
- диаметр якорной звездочки |
||
|
|
|
||
Т |
Рег |
- тяговое усилие |
||
|
|
|||
16. |
Натяжение швартовного троса не |
|||
должно превышать… |
||||
17. |
Сколько по времени ЭД выдерживает |
|||
стоянку под током якорно-швартового |
||||
устройства? |
||||
18. |
На какое время рассчитаны палубные |
|||
двигатели в режиме стоянки ?
19. Какая скорость швартового каната на первом слое?
20. Сколько процессов снятия судна с якоря
21. Какой режим работы у якорношвартового устройства
22. Какую используют степень защищенности для контроллеров якорношвартового устройства?
23. Тепловые токовые реле ЯШУ могут регулироваться в пределах
24. Нулевая защита якорно-швартового устройства осуществляется
25. Крепить якорную цепь на два стопора необходимо
Р |
|
|
Т |
Рег |
v |
рег |
10 |
3 |
н |
|
|
||||||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||
а) |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) Р ТРег vрег 105 |
|
н |
2 |
|
|
в) Рн ТРегvрег10 3
г) Рн ТРегvрег 10 3
а) 1/2 разрывного усилия б) 1/3 разрывного усилия в) 1/6 разрывного усилия г) 1 разрывного усилия
а) не менее 10с б). не менее 20с в) не менее 13с г) не менее 15 с
а) 35—70 с стоянки б) 40—80 с стоянки в) 45—60 с стоянки г) 25—40 с стоянки
а) 0,3 м/с б) 0,5 м/с в) 0,2 м/с г) 0,6 м/с
а) 4 б) 6
в) 3
г) 5
а) непрерывный б) прерывный в) эпизодический г) Другой ответ.
а) IP00
б) IP56
в) IP54 г) IP65
а) ±15% от номинального тока б) ±10% от номинального тока в) ±5% от номинального тока г) ±20% от номинального тока д) нет подходящего ответа
а) электромагнитным реле б) автоматическим выключателем
в) плавкими предохранителями г) токовым реле
а) Если с якорной цепью или в цепном ящике проводятся какие–либо работы б) Если под якорем, висящим на якорной цепи или
находящимся в клюзе, находится причал или проводятся ремонтные работы в) оба ответа верны г) нет подходящего варианта
48
26. Правила Регистра устанавливают, что |
а) не более 10м/мин |
|
мощность привода якорного механизма |
б) не менее 10м/мин |
|
должна обеспечивать выбирание любой из |
||
|
||
якорных цепей со скоростью… |
в) не более 20м/мин |
|
|
г) не менее 20м/мин |
|
|
|
49