Электропривод якорно-швартовного устройства
Электропривод
якорно-швартовного устройства
Расчетно -
пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Судовой
автоматизированный электропривод»
1 Основные технические требования к якорно-швартовным механизмам с
электрическим приводом предусмотрены ГОСТ 5875-69
Ниже приводятся требования к первой группе якорно-швартовных механизмов,
к которой относятся брашпили, якорно-швартовные шпили, якорные шпили,
якорно-швартовные лебедки с нормальной скоростью выбирания цепи
.1 Якорно-швартовные механизмы должны выполнять следующие основные
операции
отдачу якоря при постановке судна на якорь;
снятие с якоря - подтягивание судна к якорю, отрыв и подъем якоря,
втягивание якоря в клюз;
одновременный подъем двух якорей с половины расчетной глубины стоянки при
неодновременном отрыве их от грунта;
обеспечение швартовки судна при отжимном ветре до 5 баллов.
1.2 Все якорно-швартовные механизмы должны выпускаться с
электрооборудованием морского исполнения переменного тока напряжением 380 В ,
частотой 50 Гц
В технически обоснованных случаях допускается выпуск механизмов ( с
калибром цепи до 46 мм и ниже) с электрооборудованием переменного тока
напряжением 220 В, частотой 50 Гц, а также брашпилей (с калибром цепи до 46 мм)
с электрооборудованием постоянного тока напряжением 220 В
1.3 Электродвигатели, командоконтроллеры, кулачковые контроллеры и другие
элементы электрооборудования, устанавливаемые на палубе, должны быть
водозащищенного исполнения; магнитные контроллеры, устанавливаемые в
помещениях, должны быть брызгозащищенного исполнения
.4 Якорно-швартовные механизмы должны допускать возможность оборудования
их устройством для дистанционной (с мостика) отдачи якоря
.5 Якорно-швартовные механизмы должны быть снабжены счетчиками
вытравленной якорной цепи, допускающими установку дистанционных репитеров
.6 Якорно-швартовные и якорные механизмы должны обеспечивать работу
якорной части механизма в следующих режимах
а) выбирание якорной цепи с малой скоростью при тяговом усилии на
звездочке с номинальной скоростью в течении 30 мин;
б) выбирание якорной цепи с малой скоростью при тяговом усилии на
звездочке, вычисляемом по формуле F=1,6md2, кгс ( для обыкновенных цепей m=1,0 , для цепей повышенной прочности
m=1,15), в течение не менее 3 мин
.7 Якорно-швартовный механизм должен обеспечивать выбирание швартовного
каната в следующих режимах
а) в номинальном режиме - с номинальным тяговым усилием на швартовном
барабане и номинальной скоростью в течении 30 мин;
б) в режиме работ с малой скоростью при тяговом усилии на швартовном
барабане не менее 0,75 номинального в течение 3-5 мин.;
в) в режиме работы с наибольшей скоростью при выбирании каната, не
нагруженного в течении 10 мин. (расчетное тяговое усилие при этом принимается
равным 0,2 номинального ).
1.8 Электродвигатель якорно-швартовного механизма должен
а) развивать на основной рабочей характеристике, используемой в
номинальном режиме работы механизма ( для электродвигателя постоянного тока -
на характеристике, предназначенной для пуска), пусковой момент ( для двигателей
переменного тока - каталожное значение пускового момента), создающий тяговое
усилие на звездочке не менее двухкратного номинального и не более половины
пробной нагрузки данной якорной цепи;
б) допускать стоянку под током в течение 30-60 с., после работы в
номинальном режиме; стояночный момент электродвигателя постоянного тока должен
развивать на звездочке тяговое усилие не менее 1,4 номинального; указанное
время стоянки под током должно обеспечиваться электродвигателем переменного
тока на основной рабочей характеристике или на характеристике, предназначенной
для стоянки;
в) допускать работу (для брашпиля) на выбирание якорной цепи на
характеристике, предназначенной для номинального режима, при тяговом усилии на
звездочке, равном 1,3 номинального, в течение не менее двух минут с последующей
( без перерыва ) работой с номинальным усилием на звездочке в течение не менее
5 мин.;
г) допускать работу на травление якорной цепи при тяговом усилии на
звездочке, равном 0,6 номинального в течение 10 мин.
1.9 Якорно-швартовые механизмы должны иметь автоматический нормально
замкнутый тормоз на валу электродвигателя с устройством для ручного
растормаживания
Тормоз должен обеспечивать удержание механизма от разворота при действии
в цепи на звездочке, соединенной с приводом, статического усилия извне,
величина которого не менее 1,3 номинального
.10 Угол обхвата звездочки якорной цепью должен быть
для брашпилей - не менее 117°;
для шпилей - не менее 150°.
1.11 Тяговые усилия в цепи на звездочке при выбирают должны
соответствовать значениям
а) Fн=3,0md2, кгс - для механизмов с калибром цепей до 28 мм;
б) Fн=3,8md2, кгс - для механизмов с калибром цепей более 28 мм;
Тяговые усилия при травлении должны быть равны 0,6 номинального.
1.12 Срок службы якорно-швартовного механизма на судне - 20 лет, при
сроке службы до капитального ремонта - 10 лет. Расчетное время работы
электрооборудования за этот срок - 2000 ч. при расчетном числе пусков и
торможений 100000
2 Характеристики судна, якорно-швартовных устройств и вспомогательной
электростанции
Из справочника [3] возьмем необходимые технические данные для судна типа
" Железный поток ".
Таблица 2.1- Характеристики судна, якорно-швартовых устройств и
вспомогательной электростанции
Nп/п
|
Наименование
|
Обозначение
|
Единица измерения
|
Значение
|
1
|
Длина между
перпендикулярами
|
l^^
|
м
|
49,4
|
2
|
Длина по грузовую
ватерлинию
|
Lвл
|
м
|
49,4
|
3
|
Ширина максимальная
|
В
|
м
|
9,8
|
4
|
Осадка средняя в грузу
|
тгр.ср
|
м
|
4,245
|
5
|
Объемное водоизмещение
максимальное
|
r
|
тс
|
1192
|
6
|
Высота от грузовой ватерлинии
до верхней кромки настила палубы
|
l
|
м
|
5
|
7
|
Род тока
|
-
|
-
|
Перемен.
|
8
|
Напряжение
|
U
|
В
|
400
|
9
|
Количество
дизель-генераторов
|
-
|
-
|
4
|
10
|
Мощность 1
дизель-генератора
|
Nдг
|
кВт
|
100
|
11
|
Тип брашпиля
|
|
-
|
БЭР 14-5
|
12
|
Мощность
|
-
|
кВт
|
20
|
13
|
Якоря:
|
|
|
|
|
Количество
|
-
|
-
|
2
|
|
Тип
|
-
|
-
|
Холла
|
14
|
Вес якоря
|
Q
|
кгс
|
800
|
15
|
Длина цепи
|
1
|
м
|
179
|
16
|
Калибр цепи
|
d
|
мм
|
34
|
3. Выбор основных параметров якорно-швартовного устройства 3.1
Характеристика якорного снабжения
NС=r2/3 + 2×B×h + 0,1×A
где r -
объемное водоизмещение судна при осадке по летнюю грузовую ватерлинию, м3;
В - ширина судна, м;
h -
условная высота от летней грузовой ватерлинии до верхней кромки настила палубы
у борта самой высокой рубки, имеющей ширину более чем 0,25 В, м ;
А - площадь парусности в пределах длины судна, считая от летней грузовой
ватерлинии, м2.
Для расчета парусности судна использовалась проекция судна из справочника
[3].
А = 250 м2 ; h = 5 м ;
NC=11922/3
+ 2×9,8×5 + 0,1×250 = 863,2
3.2 Якорное вооружение выбрано по табл. 3.1.3-2 [5] для рыболовных судов
по характеристике Nc
.2.1 Количество якорей - 2
3.2.2 Масса якоря ma=800
кг
3.2.3 Длина якорных цепей lрасч=179
м
3.2.4 Калибр якорной цепи d=34
мм
3.2.5 Категория цепи: обыкновенная категория прочности - категория 1
(кузнечно-горновая сварка с распорками)
.2.6 Разрывное усилие цепи Qразр=482
кН
.2.7 Пробная нагрузка цепи по таблице 3.6.4.1-1 [5] составляет 320 кН
.2.8Используя данные таблицы 7.3[4], устанавливаем группу якорных
механизмов и диаметр цепной звездочки Dэв, м
эв =0,462; группа якорных механизмов VII
.2.9 Используя данные таблицы, устанавливаем массу одного метра цепи mу=24 кг/м
.2.10 Определяем расчетную глубину якорной стоянки, H, пользуясь данными
таблицы Н=50 м
.2.11 Номинальное тяговое усилие при выбирании якорной цепи со средней
скоростью
1РАСЧ = а×d2 ,H
где а=36,8 - цепь категории 1;
d-
калибр цепи, мм.
F1РАСЧ=36,8×342=42,54 кН.
.3 Характеристики швартовного снабжения
Число, длина и разрывное усилие FP определено по таблице 3.1.3 - 2 [5] по характеристике якорного снабжения
Nc.
3.3.1 Число швартовных тросов 3
3.3.2 Длина каждого троса 1=140 м
3.3.3 Разрывное усилие троса в целом FP= a2√(Nc -b2), кН
2=500, b2=0 , FP= 75,5 кН.
3.3.4 Используя данные таблицы 7.6 [4], определяем диаметр швартовного
троса dШ=13,5 мм
3.3.5 Пользуясь данными таблицы 83 [2], определяем диаметр швартовного
барабана DШБ =245мм
.3.6 Номинальное тяговое усилие на швартовном барабане должно быть не
выше 1/3 разрывного усилия троса FР (
п.3.3.3)
FШН»1/3×FP,кН [3.4]
FШН » 1/3×75,5= 25,2 кН
3.4 Определение скоростных параметров
.4.1 Средняя скорость подъема якоря после отрыва с номинальной глубины
при усилии FНР
VН=0,15
м/с.
3.4.2 Скорость втягивания якоря в клюз
М=0,083-0,116м/с.
3.4.3 Скорость выбирания троса с помощью швартовной головки:
при номинальном тяговом усилии FШН:
VШН=0,233-0,3
м/с,
при выбирании ненагруженного троса
VШБ=0,43-0,5
м/с,
при малой скорости выбирания
VШМ=0,1-0,13м/с.
3.4.4 Скорость выбирания швартовного троса швартовной лебедки на первом
слое навивки: VШН = 0,25 м/с.
4. Расчет
мощности электродвигателя
.1 При выбирании якорной цепи
PHPACЧ = (FlРАСЧ×VH)/ hПЕР, кВт
где hПЕР=0,76 для
механизмов с червячными передачами
PHPACЧ
=(42540×0,15)/0,76=8,4 кВт.
.2 При выбирании нагруженного швартовного каната
РШНРАСЧ=(FШН×VШН)/ hПЕР,кВт [4.2] РШНРАСЧ=(25,84×0,25)/0,76 =8,5 кВт.
5.
Предварительный выбор электродвигателя
.1 Пусковой момент электродвигателя в соответствии с п. 1.8
МПУСК ≥ 2МН РАСЧ [5.1]
.2 Расчетное тяговое усилие на звездочке, удерживаемое электромеханическим
тормозом на валу электродвигателя, в соответствии с п. 1.9
FЭТ
РАСЧ = 1,3×F1РАСЧ, кH [5.2]
FЭТ
РАСЧ = 1,3×42,54 =
55 кH
.3 Электростанция судна переменного тока, поэтому наиболее целесообразно
для привода брашпиля использовать электродвигатели переменного тока серии МАП.
Выбранный электродвигатель должен реализовывать номинальную мощность в течение
30 мин. при номинальной частоте вращения, допускать нормированную величину
времени стоянки под током
Выбираем трехскоростной электродвигатель серии МАП 422-4/8из таблицы 2.42
[4] в комплекте с тормозом ТМТ 42. Данные электродвигателя приведены в таблице
5.1
Таблица 5.1 -
Технические данные электродвигателя МАП 422-4/8
Число полюсов
|
4
|
8
|
Режим работы, мин
|
30
|
30
|
Мощность, кВт
|
12
|
8
|
Частота вращения, об/мин
|
1390
|
645
|
Время стоянки под током,
сек
|
30
|
45
|
Номинальный ток при 380 В,
А
|
25,5
|
22,5
|
Момент максимальный, даН×м
|
22
|
30
|
Момент пусковой, даН×м
|
20
|
29
|
Пусковой ток при 380 В, А
|
142
|
75
|
сos jН
|
0,89
|
0,75
|
Таким образом, условие: РН ³ РН.РАСЧ на основной обмотке выполнено.
.4 Передаточные числа для якорного механизма и швартовного устройства
согласно рекомендации, приведенной в методических указаниях, имеем
i £ (p×nН×DЗВ)/(60×VН)
где nН - частота вращения электродвигателя
на основной обмотке 2р=4.
Для якорного механизма имеем:
iЯ £ (p×645×0,462)/(60×0,15)= 104
принимаем i=100
Для швартовного устройства имеем:
iШ £ (p×1390×0,245)/(60×0,25)= 71
принимаем i=50
Таблица 5.2 - Технические данные дискового тормоза ТМТ 42.
Тип тормоза
|
ТМТ 42
|
Тормозной момент в режиме
30 мин., Н×м
|
200
|
Время включения, сек
|
0,013
|
Время отключения, сек
|
0,012
|
Число дисков
|
4
|
Средний радиус кольца, см
|
9,8
|
Поверхность кольца, см2
|
184
|
Ход тормоза начальный, мм
|
2,0
|
Ход тормоза максимальный,
мм
|
4
|
Число тыс. торможений до смены
дисков
|
300
|
6. Расчет
механических и скоростных характеристик электродвигателя
Предварительная оценка скоростных параметров
Для втягивания якоря в клюз и швартования с малой скоростью используется
первая характеристика.
Для отрыва якоря от грунта и последующего его подъема используется вторая
характеристика.
Для выбирания нагруженного и ненагруженного швартовного троса
используется третья характеристика.
.1 Номинальный момент для обмотки с числом пар полюсов 2р:
МH = (30×РH)/( p×nH)
а) для 2р=4, Mн =(30×12000)/( p×1390)= 82,4 Н×м
б) для 2р=8, Мн =(30×8000)/( p×645)= 118,4Н×м
6.2 Критическое скольжение
kM=МMAX/МH
SH=1-hH/hо
ho= 60×f/р [6.5]
Wo = 2×p×f/p [6.6]
а) для 2p=4 kМ=200/82,4=2,43; n0=60×50/2=1500
об/мин; W0=2×p×50/2=157,1 р/с;
sH=1-1390/1500=0,073
Sкр=0,073×[2,43+√(1,43×(2,43+1+1,4+0,073))]/1-1.4×0.073×1.43=0.37
б)для 2р=8 kM=300/118.4=2,53;
n0=60×50/4=750 об/мин; W0 =2×p×50/4=78,5 р/с;
sН=
0,14
Sкр=0,073×[2,43+√(1,43×(2,43+1+1,4+0,073))]/1-1.4×0.073×1.43=0.37
.3 Частота вращения электродвигателя
W = W0×(l - s) [6.7]
а) 2р=4 W=157,1
×(1-s),p/c
б) 2р=8 W=78,5 ×(1-s), р/с
.4 Задаваясь значениями скольжений s, определяем соответствующие значения частоты вращения
электродвигателя, момента, тока, потребляемого из сети. Ток, потребляемый из
сети, определяется следующим выражением
где In - пусковой ток электродвигателя, А.
а) 2р=4 I1=107 A
б) 2р=8 I1=74,3 A
Полученные результаты заносим в таблицу 6.1
Таблица 6.1- Данные для построения характеристик W=f(M) и W=f(I)
2р=4
|
2р=8
|
s
|
W,р/с
|
М, Н×м
|
I, А
|
s
|
W,
р/с
|
М, Н×м
|
I, А
|
1
|
0
|
200
|
142
|
1
|
0
|
290
|
75
|
0,37
|
99
|
220
|
107
|
0,98
|
15,7
|
300
|
74,3
|
0,073
|
145,5
|
82,4
|
25,5
|
0,14
|
67,5
|
118,4
|
22,5
|
0
|
157
|
0
|
0
|
0
|
78.5
|
0
|
0
|
По данным таблицы 6.1 строим характеристики W=f(M) и W=f(I). Характеристики
W=f(M) и W=f(I) приведены на
рисунках 6.1 и 6.2 соответственно.
7. Построение нагрузочной диаграммы и определение времени работы
электродвигателя при выбирании одного из якорей с расчетной глубины стоянки
.1 Сопротивление воды подтягиванию судна к якорю
Ft = (kп ×et + ret )×Sсм ×r×VД2/2, Н
где kп - поправочный коэффициент на
влияние кривизны корпуса, определяется из таблицы 7.1 [ 2 ]; Lвл/В=6 тогда kп=l,04;
ret = 0,0007 ¸ 0,0012 - поправка на шероховатость корпуса;
принимаем ret
=0,001;
et
=0,00114 ¸ 0,00384
- коэффициент трения об воду;
принимаем et
=0,002;
Sсм= Lвл ×(d×В+1,7×Tср.гр)
- смоченная поверхность корпуса;
здесь d =r/(r× Lвл ×В× Tcp.rp) - коэффициент полноты
водоизмещения;
где r = 1,025т/м3
d=11192 / (1,025×49,4×9,8×4,245)=0,57
Sсм
=49,4×(0,57×9,8+1,7×4,245)=632м2;
Vд=Vт+Vпт,
где Vт= l ¸ 3 - скорость течения, (м/с), принимаем Vт = 2 м/с;
Vпт=
0,1¸0,3 - скорость подтягивания судна к
месту залегания якоря, м/с, принимаем Vпт=0,2 м/с
Vд=2+0,2=2,2 м/с.
Ft=
(1,04×0,002+0,001)×632×1025×2,22/2= 4175 H
7.2 Сила ветрового сопротивления
Fb= kв×Sn×Vв2
где kв = 0,17-0,21 - коэффициент ветрового
давления, кг/м3;
принимаем kв= 0,19;
Sn -
парусная поверхность судна (сумма проекций надводной части на плоскость
мидель-шпангоута), м2 .
Sn =
113 м2
Fb =
0,19×113×102=2147 H
.3 Длина провисающей части цепи
где F=Ft+Fв
F=
6322 H
q=9,8×mу - вес погонного метра якорной цепи,
Н/м (см. п.3.2.9),
q=9,8×24=235,2 Н/м;
Н=50 м - глубина якорной стоянки ( см.п.3.2.10.);
Lц=√[2×50×6322/(235.2×0.87+502)]=75 м
.4 Длина цепи, лежащей на грунте
L1=1/2×LРАСЧ.- LЦ , м
где значение LРАСЧ= 179 м взято
из п.3.2.3.
L1 = l/2×179 - 75= 14,5 м
.5 Усилие на звездочке при выбирании цепи, лежащей на грунте ( 1-я
стадия)
Т1=fКЛ×q×(LЦ2 +Н2)/(2×Н), Н
где fКЛ=1,23 - коэффициент потерь на
трение.
Tl =
1,23×235,2×(752+502)/(2×50)=23505 H
.6 Усилие на звездочке при отрыве якоря от грунта (3-я стадия)
T3 = fКЛ×(2×Q+(Q+q×H)×b), Н
где b=0,87-
коэффициент потери веса якоря в воде;
Q=9,81×ma, см. п. 3.2.2.;
Q=9,81×800=7848 H;
Т3=1,23×(2×7848+(7848+235,2×50)×0,87)=40288 Н
.7 Усилие на звездочке на второй стадии принимается линейно возрастающим
от T1 до Т3.
.8 Усилие на звездочке при подъеме якоря после отрыва(4-я стадия):
а) в начале подъема
T4НАЧ
= fКЛ×(Q+q×H)×b , Н [7.7]
Т4НАЧ=1,23×(7848+235,2×50)×0,87=20983
Н
б) в конце подъема
T4КОН
= fКЛ×Q×b , Н [7.8]
Т4КОН= 1,23×7848×0,87=8398
Н
7.9 Моменты на валу электродвигателя на различных стадиях съемки с якоря
рассчитываются по формуле
Мi = Тi×DЗВ/(2×i×hМЕХ), Н×м
где Тi - см. пп. 7.5-7.8.
M1=
23505×0,462/(2×104×0,76)=68,7 H×м
М3= 40288×0.462/(2×104×0,76)=117,7 Н×м
М4НАЧ= 20983×0.462/(2×104×0,76)=61,3 Н×мКОН= 8398×0.462/(2×104×0,76)=24,5 H×м
По расчетным значениям Мi на
основной механической характеристике W=f(M) найдем значения частот вращения
электродвигателя. По характеристике W=f(I) для полученных значений частот
вращения электродвигателя определим токи, потребляемые электродвигателем из
сети. Полученные значения занесем в таблицу 7.1.
Таблица 7.1 - Данные для построения нагрузочной диаграммы при выбирании
одного из якорей с расчетной глубины
Мi, Н×м
|
68,7
|
117,7
|
61,3
|
24,5
|
Wi,
р/с
|
147
|
140
|
150
|
154
|
Ii, А
|
23
|
40
|
16
|
6
|
.10 Время работы электродвигателя на отдельных стадиях съемки с якоря, с
t1=2×L1×iЯ / (DЗВ×W1), с
t2=2×(Lц-H)× iЯ /(D3B×( W1+W2)/2), с
t3 = 30¸60, с
t4=2×Н× iЯ /( D3B ×(W4НАЧ+W4КОН)/2), c
где W1, W2, , W4НАЧ, W4КОН - угловые скорости электродвигателя на основной характеристике W=f(M) (см. таблицу
7.1).
t1=2×14,5×104/(0,462×147)= 44 с
t2=2×(75-50)×104/(0,462×(147+140)/2)= 78 с
t3=50
с
t4=2×50×104/(0,462×(16+6)/2)= 1023 с
.11 Полное время съемки с якоря
tn=tl+t2+t3+t4 , c
где tn £ 1800 с согласно п. 1.6.
tn=44+78+50+1023
= 1195 < 1800 с
8. Построение нагрузочной диаграммы электродвигателя при выбирании двух
якорей с половины глубины стоянки
.1 Момент на валу электродвигателя
в начале подъема
Qнач=(DЗВ ×b)/(iЯ×hМЕХ)×fкл ×(Q+q ×H/2), Н×м
M2Qнач =0,462×0,87/(104×0,76)×1,23×(7848+235,2×50/2)=85,8 Н×м
в конце подъема
Qкон=(DЗВ×b)/(iЯ×hМЕХ )×fкл ×Q, Н×м
M2Qкон =0,462×0,87/(104×0,76)×1,23×7848=49 Н×м
.2 По расчетным значениям Мi
определим Wi, и Ii, на основных характеристиках W=f(М) и
W=f(I)
Полученные данные внесем в таблицу 8.1
Таблица 8.1 - Данные для построения нагрузочной диаграммы при выбирании
двух якорей с половины глубины стоянки
Мi, Н×м
|
Wi, рад/с
|
Ii, А
|
85,6
|
145
|
30
|
49
|
151
|
12
|
.3 Время подъема двух якорей
Q=Н×iЯ/(DЗВ×(W2Qнач+W2Qкон)/2), с
t2Q =50×104/(0,462×(145+151)/2)=76 с
.4 Построение нагрузочной диаграммы при подъеме двух якорей с половины расчетной
глубины
Диаграмма Мi=f(ti) приведена
на рисунке 8.1.
9. Построение нагрузочной диаграммы электродвигателя при выбирании якоря
и цепи, вытравленной на 85 % ее полной длины согласно ГОСТ 5875-69 (аварийный
режим)
.1 Усилие на звездочке в начале подъема
Т0,85Lнач=fКЛ×b×(Q+0,425×Lрасч ×q) ,Н
Т0,85Lнач =1,23×0,87×(7848+0,425×179×235,2)=27545 Н
.2 Усилие на звездочке в конце подъема
Т0,85Lкон= Т4кон ,Н [9.2]
где Т4кон -см.п. 7.8.б).
Т0,85Lкон=Т4кон =8398 Н
.3 Моменты на валу электродвигателя в начале и конце подъема
М0,85Lнач = Т0,85Lнач ×Dзв/(2×iя×hмех), Н×М [9.3]
М0,85Lкон= М4кон, Н×м [9.4]
М0,85Lнач =27545×0,462/(2×104×0,76)=80 Н×м
М0,85Lкон= М4кон =24,5 Н×м
где М4кон - см. п.7.9.
9.4 По расчетным значениям Мi, определяем Wi; и Ii, на основных характеристиках W=f(М) и W=f(I). Полученные данные заносим в
таблицу 9.1
Таблица 9.1 - Данные для построения нагрузочной диаграммы при выбирании
якоря и цепи, вытравленной на 85 % ее полной длины
Мi ,Н×м
|
Wi ,рад/с
|
Ii ,А
|
80
|
146
|
25
|
24,5
|
154
|
6
|
.5 Время подъема якоря
.85L = 0,85×Lрасч×iя./(Dзв ×(W0,85Lнач+W0,85Lкон)/2)),с
.85L = 0,85×179×104/(0,462×(146+154)/2) = 228 с
.6 Построение нагрузочной диаграммы при выбирании якоря и цепи,
вытравленной на 85 % ее полной длины
Диаграмма Мi=f(ti) приведена на рисунке 8.1.
10 Проверка электродвигателя на нагрев
.1 Для асинхронных электродвигателей проверка на нагрев производится
методом эквивалентного тока
10.2 Нормальный режим
ЭКВ=Ö1/tп(I12t1+t2(I12+I1I3+I32)/3+I32t3+t4(I4нач2+I4начI4кон+I4кон2)/3)
где tП - см. п. 7.11, tп =1195 с.
IЭКВ=Ö1/1195(232×44+78(232+23×40+402)/3+402×50+1023×(162+16×6+62)/3) =12,3А
.3 Выбирание двух якорей
IЭКВ=Ö (I2Qнач2 +I2QначI2Qкон+I2Qкон2 )/3
IЭКВ=Ö (302+30×12+122)/3=16,1 А
.4 Аварийный режим
IЭКВ=Ö (I0,85Lнач2 +I0,85LначI0,85Lкон+I0,85Lкон2 )/3
ЭКВ=Ö (252+25×6+62)/3 =
12,4 А
.5 Для всех трех режимов съемки с якоря должны выполняться условия:
Мэкв£Мдоп
[10.4]
Iэкв£Iдоп
где Мдоп=МнÖ1800/t
Iдоп=IнÖ1800/tп
Мдоп=82,4Ö1800/1195=101 Н×мдоп=25,5Ö1800/1195=31,3 А
Условие проверки по допустимому току выполняется.
По графикам W=f(М)
и W=f(I) для IЭКВ=12,4 А имеем Мэкв=52 Н×м, следовательно, условие по
допустимому моменту также выполняется
11. Проверка
электродвигателя на обеспечение заданных скоростей
.1 Выбирание якорной цепи после отрыва якоря с номинальной глубины
Из таблицы 7.1 по значению момента М4нач выпишем значение частоты
вращения электродвигателя Wрасч.,
Wрасч.=150 р/с
Скорость
выбирания цепи
выб.= Wрасч.×Dзв./(2×iя), м/с
Vвыб.=
150×0,462/(2×104)=0,33 м/с
.2 Втягивание якоря в клюз
По значению момента М4кон. (таблица 7.1) на механической характеристике W=f(М) с большим числом пар полюсов
2р=8 найдем частоту вращения электродвигателя Wрасч.=76 р/с.
Скорость втягивания якоря в клюз
втяг.= Wрасч ×Dзв./(2×iя), м/с
Vвтяг.=
76×0,462/(2×104)=0,169 м/с
.3 Выбирание швартовного каната с номинальным усилием
По значению момента Мшн расч на механической характеристике W=f(М) 2р=4 найдем частоту вращения
электродвигателя Wшн
Мшн расч = Fшн ×Dшб/(2×iШ ×hмех), Н×м
Мшн расч = 25840×0,245/(2×80×0,6)=66 Н×м
По рисунку 6.1 находим Wшн=147 р/с
Скорость выбирания швартовного каната
шн= Wшн ×Dшн./(2×iш), м/с
Vшн=
147×0,245/(2×50)=0,36 м/с
.4 Выбирание ненагруженного швартовного каната
По значению момента М=0,2Мшн на характеристике W=f(М) с наименьшим числом пар полюсов
2р=4 определяем частоту вращения электродвигателя Wшб
М=0,2×18,6=4 Н×м, а Wшн =157 р/с.
Скорость выбирания швартовного каната
Vшб= Wшб ×Dшб./(2×iш), м/с
Vшб=
157×0,245/(2×50)=0,38 м/с
12. Выбор типовой системы управления электроприводом якорно-швартовного
механизма
Систему управления нормализованного электропривода переменного тока
выбираем по таблице 8.13[4]: силовой кулачковый контроллер и командоаппарат
серии КВ2832.
Проверяем магнитный контроллер БТ94, имеющий контакты главной цепи,
рассчитанные на номинальный ток 150 А согласно требованиям п.7.3.14 [4]:
при нагрузке 35×d2 , Н
по характеристикам двигателя соответствует момент электродвигателя, равный 61 Н×м и ток обмотки статора 16 А,
условие, что номинальный ток аппарата при режиме 60 мин. выше номинального
тока, протекающего по контактам, при нагрузке в цепи, равной 35×d2, Н выполняется;
номинальный ток аппарата в режиме 30 мин. при работе двигателя на
основной характеристике больше 130 % номинального тока электродвигателя на этой
характеристике (1,3×24,7=32,1 А £ 150 А), таким образом, условие, что номинальный ток аппарата должен быть
выше 130% номинального тока электродвигателя выполняется;
пусковой ток при работе на характеристике, обеспечивающей отрыв якоря от
грунта 142 А меньше 80 % допустимого тока включения аппарата, составляющего 720
А (меньше 0,8×900 = 720
А), таким образом это условие также выполняется;
контакты аппарата переменного тока должны допускать протекание тока
перегрузки в течение времени I, удовлетворяющего условию:
Т=З6ОО×(Iна60/Iст)3>tст
где Iна60- номинальный ток аппарата в режиме 60 мин., А;ст -ток стоянки
под током. А;ст=50с. - время стоянки под током при отрыве якоря от грунта.
Т =3600×(16/142)3=405,6>50
с, условие выполнено.
Таким образом, контроллер обладает необходимыми термической устойчивостью
и коммутационной способностью.
.1 Расчет установок тепловых реле
.1.1 Тепловые реле, применяемые для ограничения времени стоянки
электродвигателя под током
Время срабатывания реле с холодного состояния tср в режиме стоянки
необходимо выбирать равным 1,3 tст, где tст - расчетное время стоянки
электродвигателя под пусковым током.
Номинальный ток нагревательного элемента будет всегда значительно выше
номинального тока защищаемого электродвигателя.
Порядок расчета:
задаемся временем срабатывания реле
ср=1,3 × tст, с
а) для основной обмотки: tср =1,3×30=39 с;
б) для быстроходной обмотки: tср =1,3×45=58,5 с;
по ампер-секундной характеристике определяем
kр’=IП/IРАСЧ
где IП- пусковой ток двигателя, А (таблица 6.1);
IРАСЧ-
расчетный ток нагревательного элемента реле, А.
Для расчета выбираем реле серии ТРТ, которые относятся к категории
температурно-токовых и служат для защиты цепей электроприводов переменного или
постоянного тока от недопустимых токов перегрузки.
а) для основной обмотки: kр’=2,62;
б) для быстроходной обмотки; kр’=2,15;
определяем
Iрасч=Iп/
kр', А
а) для основной обмотки: Iрасч=142/2,62=54
А;
б) для быстроходной обмотки: Iрасч=75/2,15=33 А;
по таблице 3.21 [4] принимаем стандартное значение номинального тока
теплового элемента Iнр;
а) для основной обмотки: Iнр =56 А; используем тепловое реле ТРТ137.
б) для быстроходной обмотки: Iнр =35 А; используем тепловое реле ТРТ135.
определяем время срабатывания реле в нагретом состоянии
ср.гор.=0,7×tср.×(1-kр/(1,5×к2)) ,с
где kр =Iп/Iнр; k=Iп/Iн.дв; Iн.дв - номинальный ток двигателя, А.
а) kр =142/56=2,54; k =142/25,5=5,57 ;ср.гор.=0,7×39×(1-2,54/(1,5×5,572)) = 19 с;
б) kр ==75/35=2,23; k =75/22,5=3,33;ср.гор.=0,7×58,5 ×(1-2,23/(1,5×3,332))=22,7 с;
.1.2 Тепловое реле, применяемое в качестве грузового (для переключения на
скорость с большим временем стоянки), выбираются на одну-две величины меньше
(по току) по сравнению с защитным тепловым реле этой скорости. Выбираем на две
величины меньше чем защитное тепловое реле быстроходной обмотки. Принимаем в
качестве грузового реле ТРТ133.
12.2 Расчет уставок реле времени
Реле времени РН имеет уставку времени порядка 0,6 с и предназначено для
контроля алгоритма срабатывания аппаратов. Выдержка времени необходима для
удержания реле в притянутом состоянии при переключении аппаратов.
При резком переводе ручки командоконтроллера из нулевого положения в
третье примем уставку реле времени равной 0,4 с.
.3 Выбор кабелей якорно-швартовного устройства
Электропривод ЯШУ расположен на открытой палубе, где возможны
механические повреждения кабеля и воздействие морской воды, поэтому возьмем
кабель КНРП. Кабель имеет медные жилы с резиновой изоляцией в
поливинилхлоридной оболочке маслобензостойкий, коррозионностойкий, не
распространяющий горение, в оплетке из оцинкованных проволок. Расчетный ток
кабеля определяется выражением;
Iрасч=Iн дв/( к2× к1)
где к1=0,6 -коэффициент, учитывающий прокладку кабеля в трассах длиной
более 1,3 м при трехрядной и более прокладке;
где
Qн=65°С - номинальная температура жилы кабеля КНРП;
Qср=45°С-температура
окружающей среды по Регистру;
Qо=45°С-нормированная
температура окружающей Среды;
Iрасч=Iн
дв/(0,89×0,6)=1,86×Iн дв
а)
для основной обмотки имеем: Iрасч=1,86×25,5=47 А
по
приложению 14 [7] для 30 мин. режима работы берем кабель КНРП 3х6.
б)
для быстроходной обмотки имеем: Iрасч=1,86×22,5=42 А
по
приложению 14 [7] для 30 мин. режима работы берем кабель КНРП 3х4.
В
соответствии с требованиями Регистра п.16.8.1.2.1 для командоаппарата выбираем
кабель СПОВ 27х1мм2 по таблице 5.4.33 [6]. СПОВ - кабель для сигнализации,
управления с медными жилами и изоляцией из облучённого (структурированного)
полиэтилена в поливинилхлоридной, маслобензостойкой, тропикоустойчивой, не
распространяющей горение изоляции.
Питающий
кабель тормоза ТМТ 42.
По
таблице 1.2.28 [6] фазный ток тормоза равен 6А, соответственно Iрасч=6 А.
Выбираем для тормоза кабель КНРП 3х1 мм2 .
Для
питающего фидера выбираем кабель КНРП на величину больше, чем кабель для
обмотки, работающий в самом напряжённом режиме. Принимаем кабель КНРП 3х10 мм2.
Расчётный ток кабеля по таблице в приложении 14 [7] равен 81 А.
.4
Выбор установочного автомата, защищающего электропривод
По
рекомендациям в §3.5 [4] необходимо выбрать автоматический выключатель,
удовлетворяющий следующим условиям:
)
при номинальном режиме защищаемого объекта и напряжении, составляющем 110%
номинального, выключатель не должен срабатывать;
)
при токе свыше 150% номинального выключатель должен срабатывать в течение часа,
3) выключатель должен пропускать без срабатывания токи, составляющие 150%
расчётных пусковых токов электропривода. Выбираем автоматический выключатель
серии А3700М по условию
н расц ³ I раб
где Iн расц - номинальный ток электромагнитного расцепителя;раб - рабочий
ток защищаемого фидера, который равен 47 А.
Выбираем по таблице 10.23 [8] автомат АК63ТМ-2М с Iн расц = 50 А,
номинальная уставка тока срабатывания расцепителя 5 Iн= 250 А.
Автомат не сработает при токе составляющем 150% расчётного пускового тока
при пуске на обмотку 2р=4 в функции времени.П = 142 Ауст а >1,5×Iп
А >213А
Соответственно условие 3 выполняется.
якорь
электропривод швартовный судно
13.