Электроприводы траловых лебедок рыбодобывающих судов

Электропривод траловых лебедок рыбодобывающих судов является одним из самых мощных и сложных в управлении судовых приводов, от удобства эксплуатации, надежности и качества работы которого зависит экономическая эффективность работы судна на промысле. 

Поэтому электропривод при максимальной производительности лебедки должен: иметь защиту от возможных длительных перегрузок; обеспечивать надежное и безопасное травление ваеров с помощью электродвигателя; не превышать частоты вращения выше максимально допустимой; иметь контрольно-измерительные устройства натяжения и длины вытравленных ваеров, удобное дистанционное управление.

Нагрузка на электропривод имеет сложный колебательный характер и в общем случае зависит от скорости движения трала в воде, длины вытравленных ваеров, состояния моря и величины улова. 

По мере выбирания ваеров, нагрузка возрастает из-за увеличения диаметра барабана за счет увеличения числа слоев навивки выбираемого ваера.

Электроприводы судовых насосов, вентиляторов и компрессоров

Судовые нагнетатели по числу и общей мощности являются основной группой потребителей электроэнергии. Укрупненно их можно разделить на две большие группы: судовые вспомогательные механизмы, которые обслуживают главную силовую установку, и механизмы судовых систем.

Судовые насосы различают: по принципу действия — центробежные, осевые, поршневые, ротационные, электромагнитные; по назначению — охлаждающие, циркуляционные, питательные, балластные, пожарные, креновые, санитарные, грузовые и т. д.; по роду обрабатываемой среды — водяные (забортной, пресной, горячей, холодной, питьевой, мытьевой воды), топливные, масляные; по величине давления; по производительности; по способу установки — вертикальные, горизонтальные, стационарные и переносные.

Судовые электроприводы с асинхронными двигателями

Двигательный режим. Для вывода уравнения механической характеристики асинхронного двигателя воспользуемся зависимостью между его электромагнитной мощностью Р_м, передаваемой со статора на ротор вращающимся магнитным полем, механической мощностью Р_мех и потерями в обмотке ротора р_м2:

где М — электромагнитный момент, Н*м;

w₁ — угловая скорость магнитного поля, рад/с; f₁ — частота тока статора, Гц; р — число пар полюсов; w₂ — угловая скорость ротора, рад/с; m₁ — число фаз обмотки статора; r₂' — приведенное значение активного сопротивления обмотки ротора, Ом; I₂' — приведенное значение тока ротора, А.

Схемы управления рулевыми электроприводами

Управление электромеханическими приводами при непосредственном питании исполнительного электродвигателя (ИД) от цепи осуществляется по контакторной схеме. При переменном токе находят ограниченное применение полюсопереключаемые асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. 

При постоянном токе применяют контакторные схемы с резисторами в цепи якоря, обеспечивающие необходимую мягкую характеристику и возможность стоянки ИД под током. Однако такие схемы применяют при малых мощностях из-за их низкой надежности и неэкономичности, а также в связи с преимущественным распространением переменного тока.

Судовые электроприводы с двигателями независимого возбуждения

Двигательный режим (рис. 1). Аналитическое выражение механической характеристики электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения можно получить из уравнения равновесия напряжений для цепи якоря. В установившемся режиме приложенное напряжение U уравновешивается э. д. с. Е, наведенной в обмотке якоря, и падением напряжения Ir в ее цепи

где I — ток в цепи якоря, А; r — сопротивление цепи якоря, Ом.

Подставив в выражение Е = сФw, получим выражение для угловой скорости электродвигателя постоянного тока, являющееся уравнением его электромеханической характеристики,

где с — постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами электрической машины; Ф — магнитный поток, Вб.

Что такое механическая характеристика электропривода?

Механической характеристикой называется зависимость частоты вращения (угловой скорости) электродвигателя от развиваемого им момента. Она определяет электромеханические свойства двигателя, характер протекания процессов при его пуске, торможении, регулировании частоты вращения, изменении нагрузки.

Выбор электродвигателя с механической характеристикой, соответствующей требованиям рабочего механизма, во многом определяет его производительность и экономичность. Почти все механические характеристики носят падающий характер. Увеличение нагрузки на валу двигателя приводит к снижению частоты вращения. Степень изменения частоты вращения при изменении момента характеризуется жесткостью механической характеристики.

Различают механические характеристики: абсолютно жесткие, при которых частота вращения остается постоянной; жесткие, при которых возрастание момента до номинального приводит к снижению частоты вращения не более 10% номинальной; мягкие, при которых возрастание момента до номинального приводит к снижению частоты вращения более чем на 10% номинальной.

Управление электроприводами рулевых устройств

Системы управления рулевых приводов с механической передачей подразделяются на контакторную и систему Г — Д. Выбор той или иной системы управления определяется специальными требованиями, при отсутствии таковых решающим фактором является мощность электропривода.

Пост управления состоит из органа управления и приборов сигнализации и контроля за работой рулевого привода. В качестве органов управления используют кнопку и командо-аппараты. Кнопки и командо-аппараты имеют самовозврат. Обычно кнопочный пост управления состоит из двух кнопок «право» и «лево», в некоторых случаях устанавливают кнопку «ускоренно». Для исключения возможности воздействия на схему путем одновременного нажатия двух кнопок применяют электрическую или механическую блокировку.

Схемы управления электроприводами шпилей и брашпилей

Для управления электродвигателями якорно-швартовных устройств применяют контроллерные и контакторные схемы.

Наиболее простые контроллерные схемы используют для электроприводов малой мощности, так как при увеличении ее возрастают масса и габаритные размеры контроллеров, затрудняется подвод силовых цепей, увеличиваются усилия, необходимые для манипулирования контроллерами.

Контакторные схемы для двигателей большой мощности обеспечивают автоматизацию процесса пуска, ограничение момента при заторможенном двигателе и снижают усилия, необходимые оператору для управления электроприводом. Недостатками контакторных систем следует считать большую сложность электрических соединений, большие габаритные размеры аппаратуры управления и большую стоимость. Несмотря на это контакторные схемы находят широкое применение на современных судах.

Управление электроприводами грузовых лебёдок и лифтов

Рассмотрим схему управления электроприводом шлюпочной лебедки с асинхронным короткозамкнутым электродвигателем (рис. 1).

Подготовка электропривода к действию осуществляется включением автоматического выключателя Q1, при этом загорается сигнальная лампа Н.

Двигатель включают нажатием на кнопку S1 «Подъем» или S2 «Спуск»; при этом получает питание соответствующая катушка реверсивного контактора К1 или К2. Контактор срабатывает, замыкая силовые контакты в цепи статора электродвигателя и вспомогательный контакт в цепи катушки линейного контактора К3; последний, замыкая свои силовые контакты, подает питание электродвигателю и электромагниту Y тормоза.

Определение вращающего момента и мощности электродвигателя грузовой лебёдки

Работа грузоподъемного механизма грузовой лебедки характеризуется цикличностью процессов и повторно-кратковременным режимом работы электродвигателя.

Весь цикл работы электродвигателя может быть разделен на следующие этапы: подъем груза, поворот стрелы, спуск груза, выгрузка, подъем гака без груза, поворот стрелы, спуск гака, погрузка.

Электроприводы грузовых и якорно-швартовных устройств

На судах внутреннего и морского плавания применяют грузоподъемные устройства различного назначения: грузовые лебедки и краны для погрузочно-разгрузочных операций; оперативные лебедки земснарядов; лебедки и краны для специальных операций: шлюпочные, буксирные, траловые; лифты.

Грузовые лебедки устанавливают на судах, имеющих собственные краны и стрелы. Обычно в крупных портах и пристанях эти операции производят средствами портовой механизации, широко применяют также специальные плавучие краны. Поэтому грузовые лебедки имеются лишь на некоторых судах, в районе плавания которых нет механизированных портов, обеспечивающих выполнение погрузочно-разгрузочных работ.

Судовые грузоподъемные устройства бывают с электродвигателями постоянного и переменного тока. При постоянном токе используют двигатели с последовательным и смешанным возбуждением с мягкой механической характеристикой, наиболее полно удовлетворяющей характеру работы грузоподъемного устройства. Для переменного тока применяют асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым и фазным ротором. Асинхронные двигатели с фазным ротором используют редко, из-за больших потерь энергии в регулирующих реостатах.

Основное уравнение теории электропривода

Из курса теоретической механики известно, что кинетическая энергия системы, вращающейся с угловой скоростью:

где J — момент инерции системы; ω — угловая скорость.

Если рабочая машина соединена непосредственно с электродвигателем, то под моментом инерции J подразумевается суммарный момент инерции ротора двигателя, соединительной муфты и вращающегося органа рабочей машины.

Если рабочая машина соединяется с электродвигателем посредством механических передач, причем угловая скорость рабочей машины отличается от угловой скорости ротора двигателя, то кинетическая энергия системы:

где Jn — момент инерции n-й ступени; k — число ступеней передачи.

Классификация рабочих машин и их характеристики

Электрическим приводом называется электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного и управляющего устройств, предназначенная для приведения в движение рабочих органов машины и управления этим движением. Из определения электропривода следует, что он состоит из рабочей машины, по меньшей мере одного электродвигателя, и аппаратуры управления и защиты, служащей для изменения режимов работы и защиты от аварийных ситуаций.

В зависимости от числа электродвигателей и рабочих машин различают групповой, индивидуальный и многодвигательный электроприводы.

При групповом электроприводе (рис. 1, а) от одного электродвигателя М по линиям механической связи ЛМС приводятся исполнительные органы ИО нескольких рабочих машин РМ. Электродвигатель получает питание по линии электрической связи ЛЭС через аппаратуру управления и защиты АУ.

Электрическая схема управления санитарно-промывочными насосами

Санитарно-промывочный насос забирает отфильтрованную воду из цистерны питьевой воды и под давлением заполняет гидрофор, откуда вода расходуется на потребности судовой системы. Давление в гидрофоре устанавливают регулировкой манометрического реле в зависимости от размеров санитарной системы судна.

На схеме управления санитарным насосом на постоянном токе (рис. 1) показано неавтоматическое и автоматическое включение и выключение электродвигателя.

Сжатый воздух в верхней части гидрофора создает давление воды в трубопроводах санитарной системы. Расход воды из системы понижает давление в гидрофоре.

Принципиальная схема электрооборудования станции приготовления питьевой воды

Озонаторная станция производительностью 0,5 м³/ч имеет следующую технологическую схему обработки воды. Насос забортной воды автоматически включается с помощью поплавкового реле, установленного на накопительной цистерне питьевой воды, и подает забортную воду в фильтры. Очищенная от взвешенных частиц вода поступает в смесительный агрегат. В смеситель одновременно с водой поступает озоновоздушная смесь от озонаторного агрегата.

Растворение озона в воде обеспечивает ее обеззараживание. Эта вода поступает в накопительную цистерну. После наполнения цистерны поплавковое реле отключает насос забортной воды, озонаторный агрегат и подачу сжатого воздуха; станция останавливается.

В корпусе озонаторного агрегата размещены озонаторы, высоковольтный трансформатор и два конечных выключателя для отключения высокого напряжения при открытии дверок корпуса. На корпусе установлены регулировочный реостат, электровентилятор, охлаждающий озонаторы, и магнитный пускатель. Озонатор вырабатывает озон из кислорода воздуха при пропускании последнего через коронный разряд, возникающий между электродами под действием переменного тока напряжением 10000 В.

Схема бестоковой коммутации электропривода

Контакторные схемы электроприводов успешно применяют на судах, однако они не лишены существенных недостатков. Основным их недостатком является интенсивная изнашиваемость силовых контактов, которые коммутируются под током.

При размыкании цепи тока между контактами возникает электрическая дуга. Ее температура достигает нескольких тысяч градусов. Из-за действия дуги поверхность контактов оплавляется, обгорает, делается неровной, бугристой. У контактов, значительно поврежденных дугой, соприкосновение происходит только в небольшом числе точек, выступающих над контактной поверхностью.

Через эту малую контактную поверхность проходит весь ток, рассчитанный на полную площадь контактной поверхности. Плотность тока в местах соприкосновения контактов становится недопустимой. Температура в этих точках может оказаться столь высокой, что контакты привариваются друг к другу.

Специфика работы самовыгружающихся балкеров

На сегодняшний день в мировом торговом флоте балкера являются одними из самых востребованых судов. Из всех типов балкеров можно особо выделить самовыгружающиеся балкера. Канадской компании CSL Group принадлежит 80% из всего мирового флота судов этого класса. Основанная в 1845 году она стала ведущей компанией в перевозках навалочных грузов в Канаде, Северной Америке, Европе, Азии и Австралии. Успех ей принесли самовыгружающиеся балкера, наиболее удачный тип сухогрузов для быстрой доставки и выгрузки любого навалочного груза в минимальные сроки.

Balder

Сегодня известны такие новые самовыгружающиеся балкера, как Alice Oldendorff (2000 года постройки, водоизмещением 50000 тонн, с конвейером и собственными кранами), Balder (2002 года постройки, водоизмещением 48000 тонн), Barkald (2002 года постройки, водоизмещением 49000 тонн), Harmen Oldendorff (2006 года постройки, водоизмещением 66000 тонн), Sophie Oldendorff (2000 года постройки, водоизмещением 70000 тонн), CSL Spirit (2001 года постройки, водоизмещением 70000 тонн).

Схемы простого и автоматизированного управления электроприводами насосов, вентиляторов и компрессоров

Электроприводами насосов, вентиляторов и компрессоров, работающих на переменном токе в основном являются асинхронные короткозамкнутые электродвигатели. При малой и средней мощности эти двигатели запускаются в работу прямым включением в сеть, без каких-либо ограничивающих устройств.

Судовые компрессора пускового воздуха

На рис. 1, а показана схема электропривода прямого пуска асинхронного электродвигателя с помощью нереверсивного магнитного пускателя. Магнитный пускатель включает в себя контактор К, кнопки «Стоп», «Пуск», тепловые реле РТ1, РТ2 и предохранители Пр. При нажатии на кнопку «Пуск» питание с линейного провода Л3 через предохранитель, кнопку «Стоп» и нажатую кнопку «Пуск» поступает на катушку контактора К. Контактор К оказывается включенным на линейное напряжение фаз Л1 и Л3. Он срабатывает и своими главными контактами К подключает двигатель на трехфазное питание Л1, Л2, Л3.

Электроприводы лифтов

Лифты служат для транспортировки грузов и пассажиров между палубами судна и особенно распространены на многопалубных пассажирских судах.

Кабина лифта (рис. 1) перемещается по направляющим в вертикальной шахте. Подъем и спуск осуществляются электроприводной лебедкой. Трос прикреплен к ловителю, установленному на крышке кабины, и переброшен через барабан лебедки и направляющий блок. Ко второму концу троса прикреплен противовес, также перемещающийся по направляющим. Он уравновешивает массу кабины со средним грузом. Лифт можно отправить с любой палубы вверх или вниз. Кабина останавливается так, чтобы ее двери оказались против дверей шахты на соответствующей палубе. Уровни пола кабины и палубы должны точно совпадать.

Остановкой управляют этажные (палубные) переключатели. Кабина лифта, проходя мимо переключателя, задевает за его рычаг; контакты переключателя при этом переключаются, вырабатывая нужный импульс в схему управления. Особые конечные выключатели ограничивают перемещение кабины вверх и вниз за крайние положения на самых верхней и нижней палубах.

Контакторная схема электропривода переменного тока поворотного крана

Поворотные краны обладают следующими преимуществами по сравнению с грузовыми лебедками: осуществляется не только подъем груза, но и перемещение его в горизонтальном направлении; управление краном проще, чем лебедкой (управляет 1 чел.); высокая производительность; постоянная готовность к действию.

Рис. 1. Схема управления электроприводом механизма

изменения вылета стрелы поворотного крана

Несмотря на наличие недостатков (малый вылет стрелы, громоздкость, малые грузоподъемность и чувствительность к крену и дифференту), краны широко применяют на судах.

Обычно кран снабжен тремя независимыми электроприводами механизмов подъема груза, изменения вылета стрелы и поворота крана.