Курсовая работа (т): Судовые электроприводы

Все якорно-швартовные механизмы обычно выпускаются с электрооборудованием морского исполнения переменного тока 380 и 220 В частотой 50 Гц и постоянного тока 220 В.

Электродвигатели, командоконтроллеры, кулачковые контроллеры и другие элементы электрооборудования, устанавливаемые на палубе, должны быть водозащищенного исполнения; магнитные контроллеры, устанавливаемые в помещениях, должны быть брызгозащищенного исполнения.

Якорно-швартовные механизмы должны допускать возможность оборудования их устройствами для дистанционной (с мостика) отдачи якоря. Они также должны быть снабжены счетчиками длины вытравленной якорной цепи, допускающими установку дистанционных репитеров.

Якорно-швартовные механизмы оборудуются автоматическим тормозом на валу электродвигателя с устройством для ручного растормаживания. Тормоз предназначен для удерживания механизма от разворота при действии в цепи на звездочке (соединенной с приводом) статического усилия извне, величина которого составляет не менее 1,3-2,0 номинального. Для швартовных шпилей это усилие составляет 1,5 номинального тягового усилия шпиля.

2.4 Типы электроприводов якорно-швартовных механизмов

Для якорно-швартовных механизмов рекомендуются три основные группы электроприводов:

) с двигателями постоянного тока, питающимися от сети;

) с двигателями переменного тока, питающимися от сети;

) с двигателями постоянного тока, питающимися от автономных преобразователей - электромашинных (системы Г - Д) или статических.

Для двух первых групп применяются силовые кулачковые контроллеры или магнитные контроллеры с дистанционным управлением. Группа электроприводов по системе Г - Д имеет обычно дистанционное управление.

Все три группы электроприводов могут иметь один или два приводных электродвигателя. Приводы с двумя электродвигателями применяются только для крупных якорных и якорно-швартовных механизмов с калибром цепи свыше 62 мм.

На постоянном токе используются двигатели смешанного возбуждения серии ДПМ, характеристики которых специально подобраны исходя из требований, предъявляемых к электроприводам палубных механизмов.

Из двигателей переменного тока преимущественно применяются короткозамкнутые асинхронные двигатели. Для нормальных якорно-швартовных шпилей с калибром цепи до 28 мм, всех облегченных механизмов и швартовных шпилей с тяговым усилием до 3000 кгс рекомендуются двухскоростные двигатели; для всех остальных механизмов целесообразно использование трехскоростных двигателей. В отечественной серии МАП предусмотрены двухскоростные двигатели на мощность 2-10 кВт и трехскоростные - на мощность 10-60 кВт.

На рис. 2.3 дана схема управления переменного тока для якорно-швартовных механизмов мощностью от 10 до 25 кВт с помощью кулачкового контроллера. Приводной двигатель трехскоростной, причем основной частотой вращения является средняя, на ней производится выбирание якорной цепи с номинальной нагрузкой и отрыв якоря от грунта. Высшая скорость используется для выбирания свободных швартовных канатов, а низшая - для втягивания якоря в клюз и для безопасного подтягивания судна к причалу.

Переключение группы обмоток малой и средней частоты вращения и обмотки большой частоты вращения осуществляется контактором КМ1.

Рисунок. 3. Схема электропривода переменного тока при управлении с помощью кулачкового контроллера

Работа на большой скорости ограничивается сравнительно небольшими нагрузками. Чтобы не допустить перегрузки, в схеме предусмотрено тепловое реле КК5, имеющее номинальный ток на одну ступень ниже тока обычной тепловой защиты. При срабатывании реле КК5 катушка контактора КМ1 размыкается и двигатель переключается с большей частоты вращения на среднюю.

Чтобы исключить звонковое включение обмотки большой скорости при перегрузке, катушка контактора КМ1 включается на промежуточном третьем положении, а на четвертом рабочем положении катушка питается через блок-контакты КМ1. Защита контроллера - типовая, с помощью автоматического выключателя QF1 и тепловых реле КК1 - КК4. При необходимости работы привода в условиях тепловой перегрузки двигателя контакты тепловых реле шунтируются кнопкой SB.

.5 Электроприводы палубных грузовых механизмов

Судовые грузоподъемные механизмы (лебедки и краны) по ряду общих признаков классифицируются следующим образом:

) по характеру выполняемых операций они подразделяются на: а) грузовые лебедки и краны, предназначенные для переработки генеральных грузов, т.е. грузов, перевозимых в упаковке или таре, а также для переработки леса и сыпучих грузов; б) лебедки и краны, предназначенные для специализированных операций - шлюпочные, буксирные, траловые и т.д.

) по передаточному механизму различаются лебедки и краны с механическим и гидравлическими передачами;

) по системе управления лебедки и краны делятся на грузоподъемные механизмы с контроллерным и релейно-контакторным управлением электроприводом, а также с управлением по системе Г - Д или посредством магнитных усилителей и статических преобразователей;

) по роду тока различаются грузоподъемные механизмы с электроприводом постоянного и переменного тока.

.6 Требования, предъявляемые к электроприводам грузоподъемных устройств

Эксплуатационные показатели судов транспортного флота в значительной степени зависят от производительности грузовых операций, которая, в свою очередь, во многом зависит от характеристик и надежности работы судовых грузоподъемных механизмов.

К современным грузовым лебедкам и кранам предъявляется ряд требований как технического, так и эксплуатационно-экономического характера. Основными из них являются:

а) достаточно высокая производительность грузовых операций (до 50 ц/ч с номинальным грузом и до 70-80 ц/ч с половинным грузом);

б) необходимый диапазон изменения рабочих скоростей, достаточный для оперативной и безопасной работы с различными грузами;

в) высокая надежность электропривода, под которой понимается обеспечение безотказной работы в течение разгрузки (или погрузки) судна;

г) простота схемы и конструкции;

д) простота и удобство обслуживания, минимальный уход при эксплуатации;

е) минимальное отрицательное влияние пусковых токов и двигателя на судовую сеть;

ж) минимальные мощность электропривода и расход электроэнергии;

з) минимальная стоимость оборудования и площадь, необходимая для его размещения на судне.

В большинстве случаев высокая производительность, способствуя сокращению погрузочно-разгрузочных paбoт и продолжительности стоянки судна в портах, значительно улучшает экономические показатели эксплуатации всего судна в целом. Поэтому естественно, что требование высокой производительности во многих случаях является доминирующим. Высокой производительности грузовых операций добиваются тремя путями:

) обеспечением достаточной скорости подъема. Обычно она колеблется в пределах 0,2-1,0 м/с (12-66 м/мин). Более высокие скорости для судовых устройств нерациональны вследствие малой высоты подъема грузов. Увеличение скорости подъема выше 50-60 м/мин перестает влиять на продолжительность всего цикла и не способствует увеличению производительности даже в том случае, если за счет увеличения мощности двигателей обеспечить достаточные ускорения, которые позволили выходить на максимальную скорость.

При погрузке судна проходимые грузом пути по мере заполнения трюма изменяются и достижение высоких скоростей становится все более затруднительным. За короткий путь перемещения груза по высоте исполнительный двигатель не успевает достигнуть полной скорости.

Для получения более гибкой системы управления наряду с максимальной скоростью судовые лебедки имеют несколько промежуточных скоростей. Особенно важно иметь устойчивые малые, так называемые установочные скорости подъема и спуска, а также ограничение выбегов при торможении. Значения устойчивых посадочных скоростей определяются из условия гарантии сохранности груза как эквивалентные скорости падения груза с некоторой высоты. В отечественной практике посадочные скорости обычно составляют 9-10 м/мин (эквивалентны скорости при высоте падения 1,0-1,1 мм), однако возможны посадочные скорости до 15 м/мин. Обычно судовые лебедки постоянного тока имеют не менее четырех положений скорости;

) значительным увеличением диапазона регулирования скорости для обеспечения быстрого подъема и спуска холостого гака и малых грузов. При этом скорость подъема холостого гака допускается обычно несколько выше, а скорость спуска оставляется умеренной, так как слишком быстрый спуск холостого гака может привести к спутыванию троса на барабане лебедки;

) сокращением продолжительности переходных процессов. Это достигается уменьшением моментов инерции движущихся частей механизма, ограничением скорости двигателя (обычно до 1000 об/мин). Увеличение пусковых моментов ограничивается допустимой кратностью пускового тока, имеющего обычно значения IПУСК = (2,0-2,5)IН.

Для обеспечения безопасности работы лебедочные и крановые двигатели снабжаются электромагнитными и механическими тормозами, допускающими ручное растормаживание, а для остановки в верхнем положении - концевыми выключателями.

.7 Электропривод грузовых лебедок и кранов

Режим работы электропривода грузовых лебедок и кранов является повторно-кратковременным и характеризуется изменением нагрузки приводного двигателя в широких пределах вследствие изменения приемов и общей организации грузовых работ (подтаскивание груза, спаренная работа двух лебедок на один гак и т.п.).

Наиболее распространен привод грузовых лебедок с электрическим реверсированием двигателя и регулированием его скорости при подъеме и спуске груза с электрическим и механическим торможением. Судовые лебедки и подъемные механизмы кранов имеют следующие основные типы электроприводов:

а) с двигателями постоянного тока смешанного возбуждения при контроллерных или релейно-контакторных схемах управления;

б) по системе генератор-двигатель или с тиристорным управлением;

в) с асинхронными короткозамкнутыми многоскоростными двигателями;

г) асинхронными двигателями с фазным ротором.

В качестве примера рассмотрим схему электропривода грузовой лебедки, выполненной на базе асинхронного двигателя с фазным ротором с релейно-контакторным управлением (рис. 2.4).

Питание на привод подается автоматическим выключателем QF, который одновременно обеспечивает защиту от коротких замыканий. Для подключения к сети электродвигателя должен сработать один из контакторов КМ1 или КМ2. В роторную цепь электродвигателя включены пусковые резисторы R1 и R2, которые по мере разгона электродвигателя шунтируются силовыми контактами контакторов КМ3 и КМ4.

Рисунок. 4. Схема электропривода грузовой лебедки

Рисунок. 5. Механические характеристики электропривода

Таким образом, разгон двигателя происходит по трем механическим характеристикам, последовательно проходя через точки 0-1-2-3-4-5.

Остановка электропривода производится нажатием кнопки стоп SBС.

2.8 Схемы управления электроприводов судовых систем

Для дистанционного пуска двигателя или автоматического пуска привода в функции параметра, определяющего работу установки, преимущественное распространение получили релейно-контакторные схемы управления. Дистанционное управление при автоматическом пуске осуществляется с помощью кнопочного поста от любого типа измерительного устройства.

Для пуска прямым включением в сеть применяются магнитные пускатели. Они обеспечивают возможность пуска двигателя мощностью 1,7-55,0 кВт при напряжении 380 В. Магнитный пускатель состоит из трехполюсного контактора, двух тепловых реле и встроенного или дистанционного кнопочного поста.

Тепловая защита отключает двигатель, когда ток перегрузки превышает 1,2 номинального, в течение 20 мин после длительной работы при номинальном токе. При семикратном токе перегрузки с холодного состояния пускатель срабатывает примерно через 5 с, что необходимо учитывать при пуске двигателя насосов или вентиляторов с большим маховым моментом, когда время разгона может превышать 5 с. Таким образом, необходимо правильно выбирать тепловое реле, иначе оно отключит двигатель до окончания пуска.

На рис. 2.6 в качестве примера приведена схема автоматического пуска двигателя в функции изменения давления, где КК - тепловые реле; КДmax и КДmin - н. з. и н. р. контакты реле давления; КП - промежуточное реле; КМ линейный контактор.

Рисунок. 6 - Схема автоматического пуска двигателя в функции давления

В связи с развитием систем автоматического управления появились схемы управления электроприводами, предназначенные для дистанционного автоматического управления регулируемыми и исполнительными органами от измерительного устройства того или иного типа.

Электроприводы могут использоваться в регуляторах давления для поддержания величины давления регулируемой среды. В системах регулирования котельных установок они применяются в регуляторах, управляющих подачей топлива и воздуха. Эти же электроприводы могут быть применены для поддержания заданной величины разрежения регулируемой среды, перемещения регулирующего органа на величину, пропорциональную изменениям параметров измерительного устройства.

На рис. 7 в качестве примера приведена схема электропривода, которая обеспечивает возможность дистанционного (положение Д) управления с помощью кнопок открытия SBО и закрытия SBЗ и автоматического управления (контакты КАЗ) от измерительного устройства положением рабочего органа. Выбор режима управления осуществляется переключателем SA.

В автоматическом режиме (положение А) при достижении предельного положения исполнительного механизма система автоматически отключается при помощи контактов конечных выключателей КВО, КВЗ и контакторов «Открыть» (КМО) и «Закрыть» (КМ3). Электроприводы работают кратковременно, на время нажатия кнопки или автоматического замыкания контактов по принципу «открыть», «закрыть», «приоткрыть».

Рисунок. 7. Схема электропривода с регулированием положения

Литература

1. Соловьев, Н.Н. Судовые электроэнергетические системы : учеб. / Н.Н. Соловьев, В.И. Самулеев. - М. : Транспорт, 1991. - 248 с.

. Справочник судового электротехника. В 3-х т. Т. 1. Судовые электроэнергетические системы и устройства / под ред. Г.И. Китаенко. Т. 1. Судовые электроэнергетические системы и устройства. - Л. : Судостроение, 1975. - 520 с.

. Чекунов, К.А. Судовые электроприводы и электродвижение судов : учеб. / К.А. Чекунов. - М. : Транспорт, 1986. - 352 с.