Расчет мощности и выбор электродвигателя якорно-швартового устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Контрольная работа

Расчет мощности и выбор электродвигателя якорно-швартового устройства

Содержание

1. Введение

2. Выбор якорей и якорных цепей

3. Определение моментов на звёздочке

4. Выбор электродвигателя

5. Построение механической характеристики

6. Выбор аппаратуры управления и зашиты

7.Вывод

электродвигатель звездочка якорь швартовочное устройство

1. Введение

Якорно-швартовые устройства предназначены для опускания и поднятия якорей при постановке судно на якорь и съемки с якоря, для обеспечения надёжной стоянки судна, а так же для выполнения швартовых операций.

Якорно-швартовые устройства включают в себя следующие элементы: исполнительный двигатель с аппаратурой управления, якорно-швартовую лебёдку, якорные цепи и якоря.

Якорно-швартовые механизмы обеспечивают оперативное выполнение якорно-швартовых работ, в значительной степени определяющих мореходные качества судна, а так же его технико-экономические показатели. Учитывая особенности эксплуатации электрооборудования якорно-швартовых механизмов, нетрудно представить, насколько важно обеспечить их безопасность и постоянную готовность к работе. Большинство из этих механизмов не обеспечено резервированием, а это повышает требования к безотказности в работе электрических машин, пускорегулирующей аппаратуры и других элементов электроприводов.

Характерной особенностью эксплуатации указанных механизмов является малая годовая наработка, составляющая для брашпилей 30 - 80г/год. Вследствие малого времени использования наработка элементов электрической аппаратуры и электродвигателей так же незначительна и износ её меньше, чем у электроприводов грузоподъемных устройств . Однако длительное пребывание электрооборудования в неработающем состоянии усиливает влияние внешних факторов , к которым относятся влияние окружающей среды и различные механические воздействия. Внешние факторы воздействия на электрооборудования якорно-швартовых механизмов заставляют в процессе эксплуатации постоянно применять все меры по его защищённости. В связи с этим не обходимо постоянно следить , за стоянием резиновых прокладок и прочных усилителей электрооборудования. Все обжимные болты, замки, зажимные гайки сальников должны быть хорошо поджаты, а свободные сальники вводов без кабелей-закрыты резиновыми заглушками.

После окончания швартовых операций по распоряжению вахтенного штурмана палубная команда должна укрыть электрооборудования чехлами. При этом электрик или электромеханик отключает питание.

Большое значение для безотказной работы имеет правильная техническая эксплуатация электропривода якорно-швартового механизма.

К управлению электропривода брашпиля, кроме лиц электротехнического персонала, допускается только боцманы. Опыт показывает, что большое количество поломок брашпиля и выхода из строя электродвигателей происходит из-за перегрузок. Перегрузки электродвигателей происходят из-за увеличения интенсивности работы выше расчётной, обрыва фазы питающей сети, ухудшение вентиляции, неисправности редуктора, тормоза и т. д.

Например, очень часто имеет место перегрузка в электроприводах якорно-швартовых механизмов при работе на быстроходные обмотке , расчётный номинальный момент который меньше расчётного момента обмотки. В этих случаях для электроприводов особое значение приобретает возможность (надёжность) действие зашиты от перегрузок.

Наиболее широко применяющиеся в настоящее время аппаратура зашиты электродвигателей биметаллическими токовыми реле не обеспечивает полной их зашиты на всех режимах работы. Токовая тепловая зашита обеспечивает качественную защиту при совпадении характеристик нагрева двигателей и реле , но такое совпадение не всегда , и зашита либо отключает электродвигатель при температурах ниже допустимых , либо не защищает их. В последние годы для двигателей всё большее применение получает температурная зашита, датчики которые встраиваются лобовые части обмоток или в пазы статоров. Такой способ зашиты основанный на непосредственном контроле нагрева , наиболее надёжен. Однако в настоящие время большинство электроприводов защищены биметаллическими реле. Ввиду недостаточной надёжности защитных устройств обслуживающему персоналу не обходимо контролировать нагрузку работающего механизма.

Требования к якорно-швартовым приводам

Согласно правилам Регистра к якорно-швартовым электроприводам предъявляются следующие требования:

1. Мощность электропривода якорно-швартовного механизма должна обеспечивать выбирание якорной цепи со скоростью не меньшей 0,17 м/c при тяговом усилие на звёздочке не менее определяемого по формуле:

Т1=11,2 (ph+Gя)

Указанную мощность электродвигатель якорного устройства должен развивать в течении 30мин. с последующей стоянкой под током в течении не менее 30сек.

2. Пусковой момент электропривода должен обеспечить тяговое усилие не менее 2Т1

3. Привод якорно-швартовного механизма должен обеспечивать одновременное выбирание 2-ух свободно висящих якорей с половины номинальной глубины стоянки. Эта нагрузка создаёт усилия

Т2=1,32 *Т1

Таким образом, выполнения данного требования регламентирует пуск привода при моменте статической нагрузке не ниже 130% номинального .

4. При подходе якоря к клюзу привод должен развивать скорость цепи не выше 0,17м/с.

5. Питание электроприводов якорно-швартовных механизмов должно производиться от ГРЩ.

6. Привод швартовного механизма должен обеспечивать не прерывное выбирание швартовного троса при номинальном тяговом усилии с номинальной скоростью в течении не менее 30мин. Скорость выбирания при этом недолжна, превышать 0,3м/с.

7. Привод швартовного механизма должен развевать кратковременно (около15сек) усилие не менее 2-ух кратного номинального и не выше 4-ёх кратного номинального.

8. У якорно-швартовных шпилей, брашпилей и лебёдок на ступенях скоростей, предназначенных только для швартовных операций, должна быть предусмотрена соответствующая защита от перегрузки электропривода (например , автоматическое переключение со ступени , предназначенной для швартовной операции , на ступень , предназначенную для подъёма якоря .)

9. Стоянка под током при номинальном напряжении для электродвигателей швартовных механизмов должна составлять не менее15 сек после 30 мин работы при номинальной нагрузке.

2. Выбор якорей и якорных цепей

Характеристика якорного снабжения

Nя=L(B+Hб)+0,75*l*h=150*(14+3,8)+0,75*150*3,8=3097,5

Становые Якоря.

Количество-3

Обшей вес - 8250кг (на 1-н якорь 2750кг)

Цепи для становых якорей.

Общая длина 2-х цепей-500м.

Калибр d якорной цепи -54мм.

Глубина якорной стоянки - 90 м.

3. Определяем диаметр звёздочки по формуле:

Дзв=13,6*d=13,6*54=734,4 мм

Максимальное усилие на звёздочках брашпиля при выбирании 2-ух якорей с отрывом одного из них от грунта.

Fmax=fкл*[К*(Тя+2*?*H)+2*Тя]

Fкл - коэффициент трения цепи в клюзе - 1,3

К-коэффициент потере веса в пресной воде-0,9

?-полный вес 1мм цепи

Fmaх=1,3*[0,9*(26977,5+2*635*90)+2*26977,5]=219249Н

Тя=g*Q=9.81*2750=26977,5H

Q=2750кг масса одного якоря

?=0,0218*dІ*10=2916*0.0218*10=635,68H

Предворительно выбираем электродвигатель.

Принимаем коэффициент перегрузки перегрузки двигателя Y=1,5 , тогда расчётное максимальное усилие на звёздочках брашпиля будет:

Fзв=Fmax/Y,Н

Fзв=219249/1,5=146166 Н

Ориентировочная мощность электродвигателя выбранного по максимальному моменту и номинальной скорости выбирания якорной цепи:

Мощность для первой скорости.

Р= Fзв*Vвбр/?=123021,6*0,17/0,45=46474?47кВт

Скорость вращение звёздочки:

Wзв=vвыб/Rзв , рад/с

Wзв=0,17/0,244=0,7 рад/с

Rзв=Dзв/2=734,4/2=367,2 мм?0,367 мм

Номинальная скорость вращения электродвигателя:

Wном=Wзв*I=0.7*160=112 рад/сек или 1070 обр/мин

Номинальный момент на валу ЭД:

Мном=Р/Wном=60605,4/112=541Н*М

4. Выбираем электродвигатель по каталогу

МАП 721-4/8/12

Число полюсов - 4

Режим работы - 60 мин

Мощность-70 кВт

Частота - 1440 об/мин

t стоянки под током - (-)

Номинальный ток при 380 В -137 А

Момент max-2000 Н*м

Момент пуска - 1700 н*м

Пусковой ток при 380 В - 1050

COS ? - 0.88

Находим точки для механической характеристике:

Для первой скорости.

Первая точка М=0; W=Wc

Вторая точка Мmах и Wкрит

Sкр=Sн*(лн+vлнІ-1)

Sн=Wс-Wном/Wс=1500-1440/1500=0,04

лн=Мmах/Мном=2000/445,8=4,5

Мном=80000/78=840Н*м

Sкр=0,04*(4,5+v4,5-1)=0,35

Wкр=Wc*(1- Sкр)=157*(1-0.35)=102,1?102 рад/сек

Мmах=2000 Н*м

Wкр=102 рад/сек

Wс=1500 =157 рад/сек

Wн=196,8рад/сек

Третья точка М=Мп; W=0

Мп=445.8Н*м W=0

5. Строим механическую характеристику

Определяем усилие от напряжения якорной цепи при подтягивании судна и якоря без учёта сопротивления в клюзе:

F1=2*0.9*?*Н+Fвет+Fтеч

Wвет=10м/с Wтеч=6км /ч

Fвет=КВ*Sнар*WВІ (Н),где

Кв=0,2-коэфициент ветрового давления.

Sпар-парусная поверхность судна (мІ)

Wв-скорость ветра =10м/с.

Sпар=Т*2*L=3.8*2*150=1140мІ

Fвет=0,2*1140*10І=22800Н

Fтеч=Fтр+Sсм*W0 (Н), где

Fтр- коэффициент трения судна о воду.

W0=Wтеч+Wвыб(м/сек), где

Wтеч-скорость течения реки (6км/ч=1,67 м/с)

Wвыб-скорость выбирания якорной цепи (0,17-0,3 м/с )

W0=0.3+1.67=1.84=3.46м/с -1 скорость

Sсм=[2*Т+1,37(дн-0,274)*В]*L

Sсм-смоченная поверхность корпуса судна

L,В,Т-главные размеры судна

дн-коэффициент полноты водоизмещения

дн=W/L*В*Т=0,8

Sсм=[2*3,8+1,37*(0,8-0,274)*14]*150=2655

Fтеч1=1,5+2655*1,84=1180 н

F1=2*0.9*=127012

Определяем момент на валу двигателя в первом периоде:

М1=F1*Rзв/I*?бр*nкл=105278*0,366/160*0,41*0,7=553,2

Мmах=Fmах*Rзв/I*?бр*nкл=219249*0,366/160*0,41*0,7=1747

По построенным механическим характеристикам находим скорость вращения двигателя (W) в первом периоде: W1=140 р/с

L1=vFзв*Н/?+Н=495,5

Определяем время выбора провисающей части цепи на первой и второй скорости:

t1=L1*i/W1*Rзв=495,5*160/140*0,366=1545сек =25,76мин -1 скорости

Определяем среднюю скорость выбирания провисающей части цепи:

W1=L1/t1; t1-время выбора.

W1=495,5/1545=0.32м/с.

Определяем момент на валу двигателя во втором периоде:

Выбирания якоря при переменном тяговом усилии:

1)Начальный момент вращения двигателя во втором периоде равен моменту первого периода.

2)Начальная скорость электродвигателя во втором периоде определиться по механической характеристике двигателя.

3)Конечный момент при отрыве одного из якорей от грунта равен максимальному моменту М2=Мmах двигателя на первой скорости .

4)Скорость вращения при максимальном моменте по механической характеристике

W2=Wкр=102р/с

5)Длина выбираемой цепи во втором периоде принимается

L2=0.5*Н=0,5*90=45м

6) Время выбирания во тором периоде

t2=L2*i/Rзв*(W1+W2/2)=45*160/0.366*(140+102/2)=162,6сек=2,7мин

7) Средняя скорость выбирания во втором периоде

W2=L2/t2=45/162,6=0.27м/с

Определяем момент на валу двигателя в третьем периоде:

Отрыв якоря от грунта.

М3=Мmах=1747Н*м

t3=60сек

Определяем момент на валу двигателя в четвёртом периоде:

Подъём двух якорей с глубины якорной стоянки Н.

1) F3= [K*Fкл*(Tя+?*Н)]*2=[0,9*1,3*(26977,5+635*90)]*2=96823,35 Н

2) Момент на валу электродвигателя в начале подъёма двух якорей

М3=F3*Rзв/i*?бр=96823,35*0,366/160*0,41=540,2Н*м

3) По механической характеристике определяем (W3) скорость вращения в начале подъёма ,при М3

М3=148 рад/сек

4) Определяем усилие на звёздочках в конце подъёма (цепь выбираем)

F4=2*Fкл*Тя=2*1,3*26977,5=70141,5 Н

5) Определяем момент на валу двигателя в конце подъёма якорей

М4=F4*Rзв/i*?бр=70141,5*0,366/160*0,41=213,8 Н

6)По механической характеристике определяем скорость вращения в конце подъёма ( только для первой скорости )

W4=149,5 рад/сек

7)Определяем время подъёма двух якорей с глубины стоянки( Н)

t4=М4*i/Rзв*(W3+W4/2)=213,8*160/0,366*(148+149,5/2)=1150 сек =19м -1 скорость

8) Определяем среднею скорость выбирания якорей за четвёртый период

V4=Н*t4=90*1149,8=0,07м/с -1 скорость

9)Полное время выбора якорей за весь период

Tп=t1+t2+t3+t4=25,76+2,7+1+19?48,46м

Средняя скорость за весь период

=495,5+45+90/2907,6=0,216 м/с

10) Строим диаграмму нагрузки М=f(t),за тем вычисляем Мэкв

Находим среднеквадратичный момент:

Мэкв=[vМ1*t1*?vМ1+?*(М1*?vМ1+?vМІ1*?vМІ2+М2*?vМ2)*t2+М2*t3*?vМ2+?*(М3*?vМ3+?vМІ3*vМІ4+М4*?vМ4)*t4/Tп]?=[v839,1*1015,6*?v839,1+?*(839,1*?v839,1+?v839,1І*?v1747,49І+1747,49*?v1747.49)*162,6+

(1747,49*?v1747,49)*60+?*(540,2*?v540,2+?v540,2І*v213,8І+213,8*?v213,8)*1149,8] ?=339 н*м

Из расчёта следует, что выбранный электродвигатель обеспечит работу брашпиля, так как эквивалентный момент меньше номинального момента электродвигателя:

Мэкв =339Н*м ? М ном = 445Н*м

Двигатель имеет на статоре 2 обмотки первой(1С) и второй(2С) скоростей. Для обеспечения без обрывной коммутации обмотки соединяют последовательно .Контролер кулачкового типа имеет два рабочих положения “Выбирать” и “Травить”.

При включении автоматического выключателя Q12 получает питания линейный контактор К, который замыканием своих контактов К1 подготавливает цепи питания статорных обмоток двигателя ,а замыканием вспомогательного контакта К1 шунтирует контакт Q1 контролера в положении 1 контролера в сторону “Выбирать “замыкаются его контакты Q2 и Q3, в результате чего получает питание тихоходная обмотка статора 2С1-2С3; одновременно электромагнитный тормоз Y растормаживает вал электродвигателя, и электропривод начинает работать с пониженной частотой вращения.

В положении 2 контролера замыкаются контакты Q6 -Q8, размыкаются контакты Q9-Q11, включается статорная обмотка 1С1-1С3, и частота вращения двигателя увеличивается.

Реверсирование двигателя выполняют замыканием контактов Q2- Q3 в положениях 1и 2 “Травить “ контролера.

Защита двигателя от перегрузок обеспечивается электротепловыми реле К2 и К5. Контактор К1 с размыкающим контактом Q1 контролера обеспечивает нулевую защиту и блокирование электропривода.

6. Выбор аппаратуры управления и защиты

1)Для цепи управления выбираем предохранитель:

ПДС-1, Iн=6А , U=380В.

2)Для силовой цепи выбираем электротепловые реле два типа ,так как токи протекающие по цепи разные по величине:

1.I=Р/v3*U*COS?=6060/v3*380*0.88=10,5А

Тип пускателя -ПМБ 100

Тип реле-ТРН 10

Номинальный ток-10А

Ток номинальных тепловых элементов-8А

2. Рвыб=М3*Wкр/2=540,2*102/2=2755,2 Вт

I=275v3*380*0.88=5.9 А

Тип пускателя - ПМС 100

Тип реле - ТРН 10

Номинальный ток -10 А

Iн тепловых элементов (установившиеся ) - 4,5 А

3)Выбираем автоматический воздушный выключатель:

Тип -А 3120Р

Исполнение -А 3124Р

Число полюсов -3

Вид расцепителя максимальный I(А) -Комбинированный

Номинальный ток выключателя и макс. расцепителя тока - 15 А

4)Для автоматического пуска ,реверсирование и торможение двигателя с фазным ротором применяются магнитные контроллеры типа ТСА:

Тип - ТСА

Серии - КВ( кулачковый контроллер )

Uн=380В

Iн-не менее -10А

Заключение

В данном курсовом проекте мы дали краткое описание механизма и требование к нему.

Определили моменты на звёздочке.

Предварительно выбрали электродвигатель, который обеспечивает работу механизмов.

Построили механическую характеристику и нагрузочную диаграмму. Проверили электродвигатель на время выбирания, на перегрузку и на нагрев. Разобрались со схемой управления (контрольного) брашпиля с асинхронным двигателям. Выбрали аппаратуру управления и защиты.

7. Вывод

Исходя из этого, мы делаем следующие выводы:

Мы выбрали электродвигатель, который обеспечивает работу механизмов в двух режимах. Выбрали аппаратуру, которая обеспечивает нормальную работу и защиту электропривода.

Используемая литература

1. В.М. Соломатин <<Курсовое проектирование судового эл. Привода>> 1972г.

2. Справочник <<Судовые электроприводы >>

3. П.П. Селиванов <<Ремонт и монтаж судового эл. Оборудования>> 1982г.

Размещено на Allbest.ru