Расчёт электропривода якорно-швартовных механизмов теплохода проекта 305

Курсовой проект

Расчёт электропривода якорно-швартовных механизмов теплохода проекта 305

Выполнил: студент 4 курса

Усов В.А.

Проверил: Бурда Е.М.

Нижний Новгород

Оглавление

Введение......................................................................................................................................... 3

Краткие сведения о судне............................................................................................................. 4

Снабжение судов якорями, якорными цепями и канатами....................................................... 5

Требования Российского речного Регистра к якорно-швартовным механизмам................... 6

Требования к электрическим приводам якорных и швартовных механизмов....................... 7

Требования к тормозам................................................................................................................. 8

Внешние силы, действующие на судно...................................................................................... 8

Состояние якорной цепи при съеме судна с якоря................................................................... 10

I стадия – выбирание лежащей на грунте цепи....................................................................... 10

II стадия – спрямление провисающей части цепи................................................................... 12

III стадия – отрыв якоря от грунта............................................................................................ 12

IV стадия – подъем свободно висящего якоря......................................................................... 12

Нагрузочные диаграммы якорных электроприводов.............................................................. 14

Определение мощности электродвигателя............................................................................... 17

Построение механических характеристик. M=f(n).................................................................. 18

Проверка на нагрев..................................................................................................................... 22

Расчет и выбор электромагнитного тормоза............................................................................ 26

Схема электропривода с кулачковыми контролером КВ-2000............................................... 26

Используемая литература........................................................................................................... 27

Введение

Увеличение грузооборота и снижение себестоимости перевозок являются задачами, стоящими перед работниками речного и морского транспорта. Все большее значение приобретает сокращение времени стоянки судов. В связи с этим необходимо, чтобы современные суда имели более удобные и надежные устройства для обеспечения стоянки в море, на рейде и у причалов; для посадки пассажиров; для приемки грузов, горючего, продуктов.

Важнейшими элементами оснащения судна, обеспечивающими его безопасную эксплуатацию, являются якорное и швартовное устройства. В последние десятилетия прошлого века в развитии конструкций судовых устройств наметился качественный скачок, в первую очередь – в связи с появлением новых типов судов, на которые уже невозможно использовать традиционные типы решения.

В связи с этим якоря адмиралтейского типа и четырехлапные заменены якорями с поворотными лапами (типа Холла) и якорями повышенной держащей силы.

Традиционная жвако-галсовая смычка для крепления коренного конца якорного каната заменена более совершенным откидным гаком, привод для отдачи которого выведен на палубу; это дает возможность быстро отдать якорный канат непосредственно с палубы судна.

Степень совершенства якорного и швартовного устройств возрастает по мере развития ряда отраслей промышленности. Так, например, с развитием литейного, а затем сварочного производства кованные якоря были заменены более надежными литыми. Освоение производства сталей повышенной прочности позволило значительно повысить надежность и долговечность якорных цепей. Успехи химической промышленности дали возможность использовать в качестве швартовных и якорных канаты из искусственных волокон (капрон, нейлон), получили широкое распространение резинотканевые пневматические и резиновые кранцы.

Для решения вопроса регулирования скоростей выбирания якорных и швартовных канатов были разработаны двух-; а затем трехобмоточные асинхронные электродвигатели, что значительно увеличило надежность и облегчило обслуживание электропривода.

Создание магнитных контроллеров и устройств дистанционной отдачи якорей позволило реализовать систему дистанционного управления якорными и швартовными механизмами из ходовой рубки. Возможность использования таких систем особенно важна в аварийных случаях, при следовании судна в узкостях рек, каналах и при перетяжке судна во время грузовых операций.

Получают применение автоматические швартовные лебедки, значительно облегчающие труд судовых команд и повышающие надежность швартовных операций

Краткие сведения о судне

Грузопассажирский теплоход мощностью 800 л.с.

Тип судна: грузопассажирский двухвинтовой теплоход с двухъярусной надстройкой.

Назначение судна: перевозка пассажиров и груза.

Место постройки: Верфь " Obuda Hajogyar" (Венгрия, г. Будапешт).

Класс Регистра: " О"

Характеристики:
Длина: 77, 91 м
Ширина: 15, 2 м
Высота борта: 3, 4 м
Высота габаритная: 12, 25 м
Водоизмещение (с пассажирами и грузом 80 т): 800, 3 т
Осадка наибольшая: 1, 39 м
Водоизмещение (с полным запасом топлива, без пассажиров и груза): 2009 т
Осадка (с полным запасом топлива, без пассажиров и груза): 1, 41 м
Грузоподъёмность: 173, 4 т
Пассажировместимость: 311 чел
Скорость судна: 20 км/ч
Мест для экипажа: 55
Автономность: 8 сут
Тип ДГ: дизель 8NVD36
Мощность ДГ: 2х400 л.с.
Тип вспомогательного ДГ: дизель 4DV224, генератор DGB 17/8)
Мощность вспомогательного ДГ: 2х100 л.с.

Требования Российского речного Регистра к якорно-швартовным механизмам

Согласно Правил для отдачи и подъема якорей массой 50 кг и более, а также удержания судна на якорной стоянке должен быть установлен шпиль или брашпиль. При массе якоря 150 кг и более на этих механизмах должны быть звёздочки.

На малых судах при применении вместо цепей канатов, разрешается установка якорных лебёдок. На самоходных судах длиной более 60 м, несамоходных толкаемых судах, предназначенных для перевозки воспламеняющихся жидкостей, и толкачах, тормоза механизмов подъёма якорей должны быть оборудованы устройством дистанционной отдачи якоря, исключающим самопроизвольную отдачу якоря.

Устройства дистанционной отдачи якорей должны обеспечивать:

· управление из рулевой рубки (на несамоходных судах – из рулевой рубки толкача) отдачей правого носового, а для толкачей и кормового якоря;

· возможность остановки из рулевой рубки якорной цепи при любой вытравленной её длине;

· продолжительность отдачи якоря не более 15 с, с момента включения дистанционного управления отдачей якоря.

Стопоры и другое якорное оборудование, для которого предусматривается дистанционное управление, должны иметь местное ручное управление. Конструкция якорного оборудования и узлов его местного ручного управления должны обеспечивать нормальную работу при выходе из строя отдельных узлов или всей системы дистанционного управления.

Привод якорно-швартовных механизмов должен соответствовать следующим требованиям:

1. Мощность привода якорно-швартовного механизма должна обеспечивать подтягивание судна к якорю, отрыв и подъём любого из якорей со скоростью не менее 0, 12 м/с при номинальном тяговом усилии на звёздочке F₁, H

F₁ = 22, 6 ∙ m d²

где m – коэффициент прочности, принимаемый равным 1, 0 – для цепей с распорками; 0, 9 – для цепей без распорок;

2. Привод должен обеспечивать выбирание якорной цепи с указанной скоростью и тяговым усилием F₁ в течение не менее 30 минут без перерыва, а также спуск одного якоря на расчетную глубину якорной стоянки.

3. Пусковой момент привода якорного механизма должен создавать тяговое усилие на звёздочке при неподвижной якорной цепи не менее 2F₁.

4. Привод якорного механизма должен обеспечивать одновременный подъем свободно висящих якорей с половины расчётной глубины якорной стоянки.

5. При подходе якоря к клюзу привод должен обеспечивать скорость выбирания цепи не более 0, 12 м/с.

6. Привод швартовного механизма должен обеспечивать непрерывное выбирание швартовного каната при номинальном тяговом усилии с номинальной скоростью не менее 30 минут.

7. Скорость выбирания швартовного каната, как правило не должна превышать 0, 3 м/с при номинальном тяговом усилии. Кроме того должна быть обеспечена возможность выбирания каната со скоростью не более 0, 15 м/с.

8. Привод швартовного механизма должен быть способен создавать усилие не менее двукратного номинального тягового усилия в течении 15 с.

Требования к электрическим приводам якорных и швартовных механизмов

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором после 30 минут работы должны выдерживать стоянку под током в течении 30 с для якорных механизмов и 15 с для швартовных при номинальном напряжении.

Асинхронные двигатели с фазным ротором и двигатели постоянного тока при этом должны иметь момент стоянки не менее 200% при номинальном напряжении.

Схема управления электроприводом должна обеспечивать заданные скорости, защиту от токов короткого замыкания, от перегрузки, минимальную защиту и нулевую блокировку.

В аварийных случаях схема управления должна позволять блокировку защиты от перегрузки.

Требования к тормозам

Якорные механизмы с электрическим приводом должны иметь автоматические тормоза.

Автоматический тормоз должен обеспечивать тормозной момент, соответствующий усилию на звездочке не менее 2F

МАП511-4/8/ОМ1

Число полюсов	P_НОМ	Режим Работы	n_НОМ	M_max	M_П	I_НОМ	I_П	cosφ
						24.5		0, 9
						21.6		0, 78

Построение механических характеристик. M=f(n)

В якорно-швартовных механизмах в основном применяются асинхронные двигатели с повышенным скольжением и пусковым моментом типа МАП. Опыт расчёта и построения механических характеристик этих двигателей показывает, что наиболее точный результат в области рабочих скольжений дает упрощенная форма Клосса.

где:

М_К = М_mах – критический или максимальный момент двигателя, Н∙ м;

– номинальное скольжение;

– частота вращения поля статора, об/мин;

– кратность максимального момента;

– номинальный момент, Н*м;

– критическое скольжение.

Расчет механических характеристик: 2p = 4

1) Точка холостого хода, об/мин.

2) Точка номинального момента.

3) Точка критического момента.

4) Точка пускового момента.

Расчет механических характеристик: 2p = 8

1) Точка холостого хода, об/мин.

2) Точка номинального момента.

3) Точка критического момента.

4) Точка пускового момента.

Следует помнить, что расчёт механических характеристик по формуле Клосса для двигателей серии МАП дает приемлемые результаты лишь в области скольжений от 0 до S_К. При скольжениях больше S_К и до S = 1 погрешность может достичь существенных значений, что объясняется зависимостью параметров асинхронного двигателя от частоты вращения ротора. Поэтому поступают следующим образом: аналитически по формуле Клосса рассчитывают всю механическую характеристику, эскизно строят её:

· из справочных данных берут значение пускового момента и строят точку П (1, M_П);

· проводят касательную из точки П к кривой момента, определяют точку касания(S_К, M_К);

· строят механическую характеристику окончательно, обводя участок кривой момента от S = 0 (n= n_хх) до точки касания с прямой и прямую до точки (1, M_п), где частота вращения равна нулю.

Такое решение не отражает действительных процессов в асинхронном двигателе при разгоне, но имеет, то преимущество, что дает возможность получить аналитическое выражение для механической характеристики на участке прямой и применять его, например, для ориентировочной оценки времени переходного процесса при разгоне двигателя.

Задаваясь значениями скольжения и подставляя их в формулу Клосса по полученным результатам строим механическую характеристику.

Р и с. 2

Механическая характеристика электродвигателя

Проверка на нагрев

Проверка на нагрев электродвигателей якорного механизма проводится при работе привода в двух режимах: съемке с якоря при стоянке на расчетной глубине и подъеме одного якоря; одновременному подъему двух якорей с половины глубины якорной стоянки.

Оба режима осуществляются при работе двигателей постоянного тока на естественной характеристике, асинхронных двигателей - на основных обмотках.

Проверка начинается с расчета и построения нагрузочных диаграмм для каждого режима работы, для чего используются зависимости моментов на валу электродвигателя от длины якорной цепи М = f(L) (см. рис. 5.5, рис 5.6), механические характеристики предварительно выбранных электродвигателей и зависимости токов в силовых цепях электродвигателей от моментов I = f(M).

Съемка с якоря при стоянке на расчетной глубине.

По значениям моментов М₁, М₂, М₃, М₄ определяются соответствующие значения частоты вращения n₁, n₂, n₃, n₄

М1 = Н * м n1 = 1460 об/мин

М2 = Н * м n2 = 1400 об/мин

М3 = Н * м n3 = 1470 об/мин

М4 = Н * м n4 = 1450 об/мин

Рассчитывается время выбирания цепи на отдельных стадиях.

На первой стадии при постоянстве момента М₁ частота вращения n₁ постоянна и время работы, мин

Время работы электродвигателя на второй стадии, мин

Время отрыва якоря от грунта и характер изменения момента при этом определить достаточно трудно: практически двигатель может остановиться. Поэтому, при расчете на нагрев двигателей якорных и якорно-швартовных механизмов значения момента и тока на 3-ей стадии принимаются равными пусковым значениям, а время стадии – 0, 5 мин.

На четвёртой стадии момент меняется от значения М₃ до М₄, частота вращения увеличивается от n₃ до n₄.

время работы электродвигателя, мин

Общее время работы электродвигателя при съемке с якоря, мин,,

Значение токов при соответствующих значениях моментов:

M_I	M_II	M_III	M_IV
	20.9		12.8
14.5	23.3	13.8	16.5

Диаграмма I(f) при снятии судна с якоря

Р и с. 3

Эквивалентный ток двигателя при работе по съемке судна с якоря:

Для речных судов время съемки с якоря не превышает 15 — 20 минут. Согласно отраслевых требований электропривод должен обеспечить последовательно два подъема якоря с расчетной глубины якорной стоянки, при этом стоянка под током в течении 30с учитывается только один раз. Эквивалентный ток двигателя при последовательной двукратной съемке якоря:

Мощность двигателя для якорных и якорно-швартовного механизмов выбирается по 30 минутному режиму работы, поэтому эквивалентный ток необходимо привести к 30 минутному режиму, если время работы при последовательной двукратной съемке с якоря будет больше или меньше 30 минут

Двигатель проходит проверку на нагрев при работе со съемке судна с якоря, если выполняется условие:

Электродвигатель проходит проверку на нагрев, если выполняется данное условие

Схема электропривода