Расчет якорно-швартового устройства

 

1. Расчет электропривода якорно-швартового устройства

Якорно-швартовые механизмы обеспечивают оперативное выполнение якорно-швартовных операций, в значительной степени определяющих мореходные качества судна, а также его техническо-экономические показатели.

Электроприводы якорно-швартовых устройств должны обеспечивать:

• возможность использования якорно-швартовых устройств /ЯШУ/ при тяжелых состояниях погоды и моря и его высокую надежность;
• возможность запуска электродвигателя при полной нагрузке;
• поддержание необходимого тягового усилия при пониженных частотах вращения исполнительного двигателя и при остановке;
• стоянку двигателя под током в течение З0 сек с нагретого состояния;
• удержание якоря на весу при снятом напряжении;
• безопасность отдачи якоря;
• наличие у электропривода диапазона скоростей, включая нормированную скорость подъема одного якоря c расчетной глубины и минимальную скорость подхода якоря к клюзу;
• минимальную массу и оптимальную комплектность.

Работа ЯШУ регламентируется требованием морского Регистра и при ежегодных осмотрах производится освидетельствование инспектором Регистра ЯШУ с последующим разрешением на его дальнейшую эксплуатацию. В качестве якорных механизмов на судах применяются брашпили и якорные шпили.

Основные параметры брашпилей стандартизируются. Для судов создан нормализированный ряд отечественных электрических брашпилей. Ряд состоит из 13 моделей Б-1…Б-13 для цепей с калибром от 15 до 92 мм.

Шпили, применяемые в якорных устройствах, имеют вертикальное расположение оси. При этом основная частота передаточного механизма и электрооборудование находится под палубой. Расположение исполнительных двигателей под палубой имеет большие преимущества и увеличивает надежность работы якорных шпилей, особенно в период зимних обледенений.

Передаточные механизмы ЯШУ комплектуются в основном из цилиндрических пар и снабжаются отдельными червячными парами для связи их с электродвигателями.

Шпили и брашпили имеют высокий КПД, не ниже 0,75, и не являются самотормозящими.

В обычных условиях, при постановке судна на якорь, его отдача выполняется свободным травлением якорного каната. В передаточном механизме обязательно предусматривается для этого муфта сцепления дискового или кулачкового типа. Расцепление производится с помощью маховиков или рычажно-винтовых связей.

. Характеристики якорного снабжения

Характеристика якорного снабжения для всех судов определяется по формуле:

где D=2357,5т - весовое водоизмещение судна при осадке по летнюю грузовую марку;

В=7 м - ширина судна наибольшая;

r=1,025 т/м3 - плотность морской воды;

h=5 м - высота по летней грузовой ватерлинии до верхней кромки настила палубы самой высокой рубки;

А=460 м2 - площадь парусности в пределах длины судна L=95 м, определяется по диаметральной плоскости судна в пределах от летней грузовой ватерлинии.

По результатам расчета выберем из таблицы цепь 3ей категории.

Характеристики якорного устройства:

• калибр якорной цепи: 24 мм;
• суммарная длина цепей: 357,5 м;
• количество цепей: 2 шт.;
• количество якорей: 2 шт. (+1 запасной);
• масса якоря: 900 кг.

. Выбор двигателя

Согласно требованиям Регистра, мощность двигателя якорного механизма должна обеспечивать непрерывное выбирание якорной цепи со скоростью 0,15 м/с при тяговом усилии: .

, где

а=46,6 - коэффициент для цепей 3 категории прочности, электросварные обыкновенные.

Номинальный момент исполнительного двигателя:

Rзв - расчетный радиус якорной звездочки;

a=36° - угол звездочки.

, где

i = 150 - передаточное число механизма брашпиля;

hпер=0,8 - номинальный КПД механизма передачи;

fК=1,35 - коэффициент учитывающий трение цепи в клюзе.

Пусковой момент:

Номинальная частота вращения двигателя должна отвечать нормированной скорости выбирания цепи при расчетной нагрузке: .

Угловая скорость электропривода:

.

Минимально необходимая скорость двигателя:

Номинальная мощность двигателя:

двигатель якорный снабжение нагрузочный

По полученным данным выбираем двигатель серии МАП422-4/8.

2 рРеж.раб. (мин)Р2н, кВтn, об/минIн, АМmax, Н×мМп, Н×мIп, АCos j43012139025,52202001420,89830864522,5300290750,77

4. Расчет и построение характеристик АД ЯШУ

Для построения механических характеристик воспользуемся формулой Клосса - Чекунова.

Где: - перегрузочная способность по моменту,

- номинальное скольжение,

- критическое скольжение,

- поправочный коэффициент,

- коэффициент, выражающий соотношение между пусковым и максимальным моментом,

Ток холостого хода:

Для проверки АД на нагрев необходимо от моментов перейти к соответствующим значениям тока:

, А

Расчет токов I1 сведем в таблицу:

S, о.е.M, Н×мI1, Аn, об/мин00,006,7513900,1155,2646,9212510,12175,0354,431223,20,14190,661,251195,40,16202,2367,371167,60,18210,4972,851139,80,2215,8977,7311120,3215,4994,999730,4196,71104,758340,5175,97110,756950,6157,72114,845560,7142,53117,914170,8130,26120,492780,9120,27122,791391112,07124,940

По полученным значениям строим механическую характеристику АД.

. Построение нагрузочной диаграммы

Когда судно стоит на якоре на него действуют: сила ветра FВ, сила течения FТ. Их равнодействующая F относит судно от места залегания якоря и вызывает натяжение цепи.

При съемке судна с якоря и выбирания якорной цепи на первой стадии к тормозящим силам добавляется еще и сила сопротивления винта главного двигателя FВТ.

Для определения равнодействующей силы рассчитываем каждую из тормозящих сил отдельно.

Сопротивление потока воды подтягиванию судна:

где КК=1 - поправочный коэффициент на влияние кривизны судна, которая учитывается отношением длины судна к его ширине;

- коэффициент трения о воду. Он зависит от характера обтекания судна потоком воды. Определяется числом Рейнольдса;

L - длина судна;

Vв=Vтеч+Vc=1,8+0,2=2 - скорость набегания воды на судно при съемке с якоря, м/с;

n=0,01×10-4 м2/с - кинематический коэффициент вязкости морской воды;

Dxf=1×10-3 - надбавка к коэффициенту трения, учитывающая шероховатость судна.

Sсм - смоченная поверхность корпуса судна. Находится по формуле:

Сопротивление подтягиванию судна, встречного ветра

При подтягивании судна к месту залегания якоря ветер дует в лобовую надстройку. Сила сопротивления встречному ветру:

где КВ.=0,4 - коэффициент удельного давления ветра. Его величина устанавливается в результате продувки моделей судов, располагаемых под различными углами к направлению воздушного потока. Наибольшая сила ветрового сопротивления возникает при направлении ветра под углом 27°¸30° к диаметральной, плоскости судна. В расчетах следует учитывать встречный ветер, что соответствует обычным условиям съемки судна о якоря;

Vвет=10 м/с - скорость ветра;

Сопротивление со стороны винта.

При подтягивании судна винты, особенно в застопоренном состоянии, оказывают существенное сопротивление движению судна. На основании экспериментальных и статических данных принято учитывать это сопротивление как процентную надбавку к сопротивлению воды FТ:

FВИНТ=25% FТ=0,25×8,16=2,04 Н

Равнодействующая сила сопротивления подтягивания судна к месту залегания якоря:

F= FТ+ FВ+ FВИНТ=8,16+1800+2,04=1810,2 Н

Введем следующие обозначения участков цепи, выбираемой при съемке судна с якоря:

Lц=178,75 м - общая длина цепи одного якоря;

L0=168,75 м - длина цепи от клюза до якоря;

- свободно провисающая часть цепи;

где h=80 м - расчетная глубина стоянки;

- вес одного погонного метра якорной цепи;

g=7,8 - плотность якорной стали, т/м3.

Длина лежащей на грунте цепи:

L1=L0-Lсв=168,75-85,32=83,43 м

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

На первой стадии съемки с якоря усилие у клюза остается постоянным. Оно состоит из горизонтальной составляющей N1, идущей на преодоление сопротивления воды, ветра, винтов и вертикальной составляющей, образованной весом провисающей части цепи, Gц.

Тяговое усилие у клюза при отрыве якоря от грунта:

где Gя - вес якоря, Н.

Тяговое усилие у клюза на второй стадии принимается линейно возрастающим от F1 до F3.

Тяговое усилие на клюзе после отрыва якоря от грунта - 4 стадия:

7. Расчет моментов сопротивления на валу двигателя

Момент сопротивления при подтягивании судна к якорю:

где hкл=0,75 - КПД клюза;

hпер=0,8 - КПД передачи;

Момент на валу электродвигателя при отрыве якоря от грунта:

Момент на валу электродвигателя при подъеме якоря после отрыва от грунта:

Момент на валу двигателя при подходе якоря к клюзу:

Одновременный подъем двух якорей с половины номинальной расчетной глубины якорной стоянки.

Усилие у клюза в начале подъема:

Усилие в конце подъема:

Момент на валу электродвигателя в начале и конце подъема:

Аварийный подъем якоря с большой глубины.

Усилие у клюза в начале подъема создается весом якоря и вытравленной цепи:

В конце подъема:

Fав.кон = Gя = 9000Н

8. Определение скорости выбирания цепи и время работы электродвигателя

Воспользовавшись полученными механическим характеристиками M=f(n) для выбранных электродвигателей и задаваясь полученными величинами моментов M1¸M4, находим по кривым величину скорости n1¸n4:

М, Н×м51,0788,4155,7716,32n, об/мин1350130013301375

Определив по графику частоту вращения двигателя, определяем скорость выбирания якорной цепи по стадиям:

И при выбирании одновременно двух якорей с половинной глубины:

Продолжительность каждой стадии:

t3 - принимается равным 30 сек - время стоянки двигателя под током.

Полное расчетное время съемки судна с якоря:

Расчетное время выборки якоря не должно превышать 30 мин.

По полученным расчетным данным строим нагрузочную диаграмму якорного устройства M=f(t).

. Проверка выбранного электродвигателя
на нагрев

Соответствие выбранного двигателя условиям нагрева проверяют, сравнивая среднеквадратичный ток или момент с соответствующими номинальными значениями.

Для двигателя переменного тока удобно производить проверку методом среднеквадратичного момента.

При выбирании двух якорей с половинной глубины:

Двигатель выбран правильно, если МН>МЭКВ; 87,08>47,67.

При условии расчета и проверки двигателя методом среднеквадратичного тока можно воспользоваться формулой:

В случае аварийного подъема двух якорей с половинной глубины:

. Проверка двигателя на максимальную скорость при отдаче якоря

При постановке судна на якорь при значительных глубинах и неизученном дне, стоянку производят с помощью электропривода.

В начале, когда двигатель включают, на спуск, он работает в режиме силового спуска. Это продолжается до тех пор, пока момент, создаваемый якорем и вытравленной цепью, не оказывается больше момента сил трения во всех звеньях якорно-швартового устройства. После этого двигатель переходит в генераторный режим и по мере увеличения участка вытравленной цепи разгоняется до более высоких скоростей.

Максимальное тяговое усилие у клюза, вызывающее ускорение у двигателя:

Этому усилию будет соответствовать момент на валу двигателя:

, где

hкл - КПД клюза при спуске якоря;

hпер - КПД передаточного механизма при спуске якоря.

Значению момента Мсп соответствует скорость, определяемая из тормозной характеристики двигателя.

1. Расчет электропривода якорно-швартового устройства Якорно-швартовые механизмы обеспечивают оперативное выполнение якорно-швартовных операций, в значит

Больше работ по теме: