Расчет якорно-швартовного устройства

После режима стоянки под током, превышение температуры должно быть не более 130% допустимого значения для  применяемой изоляции.

У якорно-швартовых шпилей швартовых  лебёдок на ступенях скоростей предназначенных  для швартовых операций, должна быть предусмотрена защита от перегрузки электродвигателя.

 

 

6. Выбор якорного снабжения

 

Выбор якорей и якорных  цепей.

1. Характеристика якорного снабжения  судна

 

Nя=L(B+H)+0.75lh=83.57(14.1+10.01)+0.75*19*10.5=2165 (6.1)

 

2. Якорное оборудование (по приложению II):

число становых якорей.................3 шт.;

общий вес........................................6500 кг;

общая длина двух цепей..............500 м

калибр якорной цепи....................49мм (d)

 

D_ЗВ=13.6d^-3

 

Таким образом, вес одного якоря Gя = 2166 кг длина цепи одного якоря

L_Ц=250 м 

3. Вес 1 пог. м якорной цепи с распорками

 

кг                                                (6.2)

 

4. Вес 1 пог. м цепи, погруженной в воду,

 

кг                                               (6.3)

 

5. Длина не смачиваемого участка  цепи в соответствии с высотой  борта и расстоянием от якорной  лебедки до клюза L_HC = 17 м.

6. Длина вытравленной цепи

 

L₀ = Lц - L_HC =250 - 17= 233м                                                    (6.4)

 

7. Расчетная глубина стоянки,  выбранная по весу якоря, h_O =100 м

 

8. Коэффициент полноты водоизмещения  судна

 

                                    (6.5)

 

9.Смоченная поверхность корпуса  судна из уравнения         (6.6)

 

м²

 

10. Площадь парусящей поверхности  судна из уравнения 

 

м²      (6.7) 

 

11. Сила сопротивления течения  воды при подтягивании судна  к месту заложения якоря по  формуле 

 

кг                                    (6.8)

 

12. Сила сопротивления ветра  по формуле 

 

кг                                       (6.9)

 

13. Равнодействующая внешних сил  при совпадении их направления

 

F = F_T + F_B = 10.18 + 293 =303.18 кг                                             (6.10)

 

14. Длина свободно провисающей  части цепи согласно уравнению 

 

м                       (6.11)

 

15. Длина лежащей на грунте  цепи

 

L₁ = L₀- L_CB = 235 – 106.5 =128.5 м.                                             (6.12)

 

16. Длина части цепи, выбираемой  во второй стадии съемки судна  с якоря (при переменном тяговом  усилии)

 

L₃ = L_CB - h₀ = 106.5 -100 = 6.5  м                                                (6.13)

 

7. Определение статических  моментов

 

Определение тяговых усилий и моментов при подъеме одного якоря с норм. глубины стоянки.

17. Тяговое усилие у клюза  на первой стадии съемки судна  с якоря из уравнения 

 

кг                               (7.1)

 

18. Тяговое усилие у клюза  при отрыве якоря от грунта  из уравнения 

 

кг (7.2)

 

19. Усилие у клюза при подъеме  якоря после отрыва его от  грунта из уравнения 

 

кг(7.3)

 

 

20. Усилие у клюза перед втягиванием  якоря в клюз (в конце четвертой  стадии)

 

кг  (7.4)

 

По расчетным данным выбирается брашпиль с двумя электродвигателями.

21. Момент сопротивления на валу  двух электродвигателей при подтягивании  судна к якорю 

 

  (7.5)

 

22. Момент на валу двух электродвигателей  при отрыве якоря от грунта

 

(7.6)

 

23. Момент на валу двух двигателей  при подъеме якоря после отрыва  его от грунта 

 

(7.7)

 

24. Момент на валу двух электродвигателей  при подходе якоря к клюзу

 

  (7.8)

 

          Определение тяговых усилий и моментов при подъеме двух якорей с половины номинальной глубины якорной стоянки (50 м).

25.Усилие у клюза в начале  периода по уравнению (328)

 

кг (7.9)

 

26. Усилие у клюза в конце  периода

 

кг                                                    (7.10)

 

27. Момент на валу двух электродвигателей  в начале периода

 

                     (7.11)

 

28 Момент на валу двух электродвигателей  в конце периода

 

                      (7.12)

 

Аварийный подъем якоря  с большой глубины (передаточное число механизма i_AB =350).

29. Усилие у клюза при подъеме  одного якоря, висящего на полностью  вытравленной цепи из уравнения 

 

кг (7.13)

 

30. Момент на валу двух электродвигателей  при подъеме якоря, висящего  на полностью вытравленной цепи

 

                  (7.14)

 

31. Усилие при подходе якоря  к клюзу

 

F_АВ.КОН= F_4КОН=2166кг  (7.15)

 

32. Момент на валу двух электродвигателей  при подходе одного якоря к  клюзу

 

                    (7.16)

 

8. Выбор системы управления (обоснование)

 

Выбор для электропривода якорно-швартовного  устройства той или иной схемы  управления (контроллерной, релейно-контакторной, электромашинной, бустерной или  др.) зависит от мощности исполнительного  двигателя. Весьма перспективными в  настоящее время считаются схемы  тиристорного управления.

По условиям работы якорно-швартовного  устройства его электропривод должен работать в кратковременном режиме, обеспечивая подъем и спуск якоря  с различными скоростями, плавный  пуск под полной нагрузкой и торможение, а также стоянку исполнительного  двигателя под током в течение 0,5 мин.

Контроллерные схемы управления. Эти  схемы используются при мощности исполнительного двигателя до 10 кВт (реже — до 25 кВт). Контроллерные  схемы, предназначенные для электроприводов  небольшой мощности, отличаются простотой  и надежностью работы, малым весом  и небольшими габаритами, а также сравнительной дешевизной. С увеличением мощности привода схемы становятся все менее надежными и более громоздкими. К числу недостатков этих схем относится и то, что они не обеспечивают:

а) автоматического ограничения  момента двигателя при отрыве якоря от грунта, что в установках большой мощности может вызвать  поломки в механизме или обрыв  якорной цепи (увеличение мощности всегда сопровождается уменьшением  запаса прочности механизмов); 

б) Ограничения бросков пусковых и тормозных токов, что может  явиться причиной кругового огня на коллекторе и короткого замыкания  в щеточном механизме двигателя.

Сказанное объясняет, почему контроллерные  схемы управления требуют для  своего обслуживания квалифицированного персонала.

Применение релейно-контакторных схем в электроприводах большой  мощности заставляет увеличивать число  пусковых и регулировочных ступеней, в связи с чем возрастает количество аппаратов управления и соответственно снижается надежность работы установки. К тому же усложняется уход за ней. С увеличением мощности привода  значительно возрастают вес и  габариты оборудования и, в первую очередь, сопротивлений. Схема становится соизмеримой  по весу с системой Г—Д.

Электромашинные схемы управления. Система Г—Д удовлетворяет всем требованиям электропривода якорно-швартовного  устройства в отношении плавности  пуска, торможения и регулирования  скорости в нужных пределах. Наличие  лишь малого количества аппаратов управления и применение двух двигательных брашпилей  делает электромашинные схемы высоко надежными в работе

Недостатком системы Г—Д является ее высокая стоимость, а при небольших  мощностях — значительно больший  вес и большие габариты по сравнению  с другими схемами. Поэтому систему  генератор—двигатель можно рекомендовать  лишь для якорно-швартовных устройств, мощность электропривода которых превышает 50 кВт.

 

9. Выбор ИД и построение  механической характеристики

 

Предварительный выбор  электродвигателя.

33. Максимальный нагрузочный момент  имеет место при отрыве от  грунта одного якоря двумя  электродвигателями

 

М _МАХ = М₃ =27.9                                                               (9.1)

 

Отсюда расчетное значение номинального момента двигателя по формуле 

 

                                             (9.2)

 

где перегрузочная способность  двигателей λ_М=2.

34. Расчетное значение номинальной  скорости исполнительного двигателя  принимается равным средней скорости

 

                                             (9.3)

 

35. Расчетное значение номинальной  мощности электродвигателя

 

кВт                                (9.4)

36. В качестве исполнительных  электродвигателей выбираются два  электродвигателя постоянного тока  типа ДПМ-22 с смешанным возбуждением, водозащищенные; их параметры: U=220В; 30-минутная мощность Р=10 кВт; n = 1300 об/мин, I = 56 А.Что не больше максимально допустимой скорости для выбранных двигателей n max = 2300 об/мин. Оба электродвигателя работают на один вал, соединены последовательно и питаются от одного генератора системы Г—Д

Определение скорости выбирания  якорной цепи и времени работы электродвигателей

37. По механической характеристике  находится скорость вращения  электродвигателей на различных  стадиях съемки с якоря.

Момент на валу,     Скорость,

 

                         n₁ = ?           (9.5)

                 n₃ = ?         (9.6)

                 n_4НАЧ = ?     (9.7)

               n_4КОН = ?    (9.8)

                n_НАЧ2 = ?      (9.9)

                 n_КОН2 = ?     (9.10)

               n _АВ.НАЧ = ? (9.11)

      n _АВ.КОН = ? (9.12)

 

 

38. Скорость выбирания якорной  цепи по стадиям:

 

                    (9.13)

                      (9.14)

         (9.15)

           (9.16)

                       (9.17)

          (9.18)

          (9.19)

                     (9.20)

       (9.21)

       (9.22)

                  (9.23)

 

39. Продолжительность каждой стадии

 

 мин                                                      (9.24)

 мин                                                         (9.25)

 

t₃ принимаем равной 0,5 мин;

 

 мин                                                     (9.26)

 

40. Расчетное значение полного  времени съемки судна с якоря 

 

Т_РАС = t₁+ t₂+ t₃+ t ₄=9,95+1,08+0.5+8,54=  20,07 мин  (9.27)

 

41. Средняя скорость съемки судна  с якоря

 

                                     (9.28)

 

42. Время подъема якоря, висящего  на полностью вытравленной цепи

 

 мин                                              (9.29)

 

Таким образом, двигатель удовлетворяет  требованиям Регистра Украины в  отношении скорости и бремени  съемки судна с одного якоря при  нормальной глубине стоянки:

 

υ_СР = 11.61 > υ_РЕГ = 10

Т_РАСЧ=19.91 мин < Т_РЕГ=30 мин

 

Подъем якоря, висящего на полностью  вытравленной цепи, является аварийным  режимом и встречается редко. К тому же полученное расчетом время  такого подъема якоря (38,4 мин) не сильно превышает допускаємое Регистром Украины.

10. Проверка ИД на  удовлетворение требований и  построение нагрузочной диаграммы

 

Проверка выбранных  электродвигателей на нагрев.

43. Среднеквадратичный момент электродвигателя  при съемке судна с одного  якоря с двумя двигателями