Проверяем работу выбранного электродвигателя при ходе судна по курсу.

Курсовая работа

По дисциплине: Судовые электроприводы и их эксплуатация

Тема: Расчет рулевого электропривода

Выполнил студент гр. 41-ЭР

Копылов.Д.В

Проверил преподаватель

Верховцев.В.М

___________________________

Оценка: ……………………….

Дата: …………………………..

Подпись: ………………………

(ФИО, подпись)

 

 

Котлас

2012 – 2013 уч. г.

 

 

 

 

Содержание

Введение

Расчетная часть

a) Характеристика F_а = ϯ(α)

b) Характеристика r = ϯ(α)

c) Проверка электродвигателя по периодам

Выбор аппаратуры

Выбор кабелей и резисторов

Описание схемы

Принципиальная схема

Монтажная схема

Правила технической эксплуатации

Литература

d)

Введение

1. Рулевые электроприводы предназначены для управлением курса судна и являются наиболее ответственными судовыми электроприводами. О их надежности зависит живучесть и безаварийность плавания судна.

2. Основными элементами рулевого устройства является руль или поворотная насадка, передаточный механизм, исполнительный электродвигатель, система управления и контроля.

3. Электродвигатели рулевого устройства питаются от общесудовой сети или от отдельного генератора. При питании от общесудовой цепи управления электроприводом рулевого устройства осуществляется с помощью релейно-контакторной схемой. При питании электродвигателя от отдельного генератора схема включается несколько электрических машин и называется схемой управления по системе генератор-двигатель.

4. Автоматы, защищающие электродвигатели постоянного тока от токов К3, должны иметь установки на мгновенное включения при токе не менее 300% и не более 400% номинального тока защищаемого электродвигателя.

5. Пусковые устройства должны обеспечивать повторный автозапуск.

6. В ходовой рубке у поста или на пульте управления должно быть установлено устройство, сигнализирующее о наличии напряжения в цепи питания рулевого электропривода его перегрузке и отключении должны быть световыми и звуковыми.

7. Направлению вращения штурвала или движению рукоятки управляющего органа должно соответствовать направлению перекладки пера руля.

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД РУЛЕВОГО УСТРОЙСТВА ДОЛЖЕН ОБЕСПЕЧИВАТЬ

1) Перекладку руля с борта на борт при осадке судна по грузовую ватерлинию на полном ходу за время не более 30 сек. При максимальном угле отклонению пера руля от диаметральной плоскости судна, равном 35-45 градусов.

2) Непрерывную перекидку руля с борта на борт в течении 30 мин. для каждого агрегата при наибольшей экспиотационной скорости переднего хода и осадке судна по грузовую ватерлинию.

3) Возможность стоянки исполнительного электродвигателя под токов в течении 1 мин. с нагретого состояния (только для рулей с электрическими приводами).

4) Непрерывную работу в течении 1 часа при наибольшей экспиотационной скорости переднего хода и при перекладке руля на угол, обеспечивающий 350 перекладок в час.

5) Начальный пусковой момент электродвигателя рулевого устройства должен быть не менее 200% номинального.

В схеме управления рулевыми электроприводами должно быть предусмотрено путевые (конечные) выключатели, ограничивающие перекладку на максимальный угол от диаметральной плоскости.

 

Расчетная часть

1) Площадь пера руля

S = LT/β = 80*2/15 = 10,6 м²

2) Конструктивно такой руль для речных судов, имеющих малую осадку, не пригоден, а потому выполняем его в виде двух рулей равной площади, т.е.

S₁ = S/2 = 10,6/2=5,3 м²

S₁ – площадь одного руля.

Задаемся конструктивными размерами руля: из условий осадки принимаем высоту руля h = 1.76 м, тогда ширина руля

b= S₁/h = 5.3/1.76 = 3 м

3) Принимаем коэффициент С = 200 и определяем зависимость силы F_а давления на перо руля от угла его перекладки F_а = ϯ(α)

F_а = S_1*U²*

				S1*U2	Fа
	0,087	0,226
	0,174	0,252
	0,259	0,276
	0,342	0,305
	0,423	0,325
	0,5	0,33
	0,573	0,37
	0,643	0,393

 

 

4) По полученным данным строим характеристику F_а = ϯ(α)

 

График: Зависимость силы давления воды на перо балансирнного руля от угла перекладки

5) Растояние (радиус) от центра приложения силы F_а до оси баллера, у балансирных рулей определяеться по формуле:

r =[ () * b- l ]

r	0,078	0,156	0,228	0,315	0,375	0,45	0,51	0.58

6) Принимаем отношение S_б/S₁=0.2 и определяем r для углов поворота от 0 до 40. Ширина балансирной части при этом

l =0,2*b =0.2*3 =0.6

 

7) Зная зависимость F_а = ϯ(α) и r = ϯ(α), определяем момент на баллере руля

М₁= F_а r

Произведенные вычисления сведем в таблицу по которой построим график, приняв момент холостого хода M₀=0.2*M_max=0,2*50200=10040 н*м

 

М1;н*м
М=2М1; н*м

 

8) По диограмме находим угол α₁, при котором момент переходит через 0 при переднем ходе судна; α₁=13, или 0,23 рад.

График: зависимость момента сопротивления на баллере руля от от угла перекладки руля

 

9) Максимальный момент на валу электродвигателя

М_{дв.макс.}= = = 105 Н*м

10) Момент на валу электродвигателя при холостом ходе электропривода

М_о = 0,23 * М_{дв.макс} = 0,23 * 105 = 24 Н*м

11) Момент стоянки электродвигателя под током

М_к.з = 1,7 М_{дв.макс} = 1,7 * 105 = 178,5 Н*м

12) Номинальный момент на валу электродвигателя

М_ном=2*М_кз/3=2*178,5/3=119 Н*м

13) Угловая скорость вращения электродвигателя при холостом ходе

ω_х.х = * ( – lg ) = *( - *lg )= 82 рад/сек

14) Номинальная угловая скорость вращения электродвигателя

ω_ном = ω_х.х/ = 47 рад/сек

15) Номинальная мощность электродвигателя

P_ном = М_ном * ω_ном = 119 * 47 = 5600 кВт

16) Выбираем по каталогу электродвигатель постоянного тока типа 2ПБ200LYXЛ4; «напряжением 110В со смешанным возбуждением, мощность 6 кВт при 800 об/мин, маховый момент GD² = 0,5; J_дв=0,125; η = 83,5%

Pном.,кВт	Uном,	nном, об/мин	nmax.	ном	Инд.цепи якоря	Сопротивление обмотки
якоря	Доб. полюсов	Возбужд.
6,0	110 В			83,5	2,4	0,055	0,037

 

17) Номинальный момент электродвигатель

М_{ном =} P_ном/ ω_ном = 5600/84 = 71,5 Н*м

18) Момент энерции приведённый к валу электродвигателя принимаем

J = 1,4*J_дв = 0,175 кг/м²

Проверяем выбранный электродвигатель по режимам работы (время,момент,нагрев)

 

Период I – включение электродвигателя и его разгон до установившейся скорости ω_о при постоянном моменте М_ном сопротивления

а) t_р = J* ln = J* 2,3lg = 0,2 сек

б) Угол на который будет переложен руль при разгоне

α_бал = = = 0,0048 рад

^рад/_сек

в) Среднеквадратичный момент М_экв за I период работы при изменении момента на двигателе от до

M_экв = = =88,5 Н*м

Период II – установившееся движение электродвигателя: а) время за которое руль будет переложен от борта до диаметральной плоскости при постоянном моменте М_о сопротивления

T_y = = 13,7 сек

б) t₁ = t_p+t_y = 0,2+13,7 = 13,9 сек - общее время разгона и перекидки руля от борта до диаметральной плоскости судна.

в) α_бал1 = α_{бал р} + α _{бал у} = 0,7 рад

г) Эквивалентный момент электродвигателя II периода

М_{экв 2} = М_о = 24 Н*м

Период III – работа электродвигателя при изменении момента сопротивления от М_о до М_max с изменяющейся скоростью вращения электродвигателя от ω_о до ω_min

а) время перекладки от диаметральной плоскости на борт

t₂ = = -26,34 * (-0,476) = 19,5 сек

б) среднеквадратичный момент на валу электродвигателя за II период

М_экв= =

в) угловая скорость вращения в конце 3 периода

ω₃ = = 82* = 34 рад/сек

 

Период IV – торможение электродвигателя во время периода IV электродвигателя отключается от сети и тормозится моментом сопротивления М_{о max} от скорости ω₃ до 0

а) время торможения с учетом дополнительного момента М_т который принимаем равным 0,5 М_кз

t₃ = -J_t * = 0,09 сек

б) среднеквадратичный момент периода IV

М_{экв 4} = = = 40 Н*м

в) угол поворота пера руля за время торможения

α_т = = = 0,00073 рад

г) эквивалентная скорость за IV период

ω₄ = = = 11,4 рад/сек

общее время перекладки руля с борта на борт

Т_п = t_р+t_y+t₂+t₃ = 0,2+13,7+19+0,09 = 33 сек

(Уменьшим возбуждение двигателя 10%, тогда время Т_п не будет прывышать 30 сек)

Требованием Речного Регистра удовлетворяет

д) эквивалентный момент при перекладке с борта на борт

М_экв = = =52 Н*м

Средняя скорость развиваемая электродвигателем за период перекладки руля с борта на борт

ω_ср = = = 72 рад/сек

Эквивалентная мощность электродвигателя за период перекладки руля с борта на борт

P_экв = М_экв * ω_ср = 52 * 72 = 3,74 кВт

Это не превышает мощности электродвигателя.

Проверяем работу выбранного электродвигателя при ходе судна по курсу.

а) время t₁ разгона электродвигателя до угла поворота баллера руля α_ср = 0,085 рад

t₁ = = 0,13 сек

б) сумма произведения квадрата моментов на время за которое происходит изменение этих моментов за период разгона t₁

=0,026(31862,25+5712+1536) = 1017 Н*м*сек

в) время торможения электродвигателя

t₂ = = -0,37*(-0,63) = 0,23 сек

г) угол поворота пера руля за время торможения

α_т = = = 0,004 рад

д) тормозной момент в начале торможения

М_т = = * 71= 77 Н*м

е) сумма произведении квадратов момента на время в течении которого происходит изменение этих моментов за период торможения

= 273 Н*м*сек

ж) время одного цикла при ходе по курсу

Т_п = 3600/N = 3600/300 = 12 сек

з) время паузы

t_о = Т_п – (t₁+t₂) = 12– (0,13 + 0,23) = 11,64 сек

и) среднеквадратичный момент

М_экв = = = 14,4 Н*м

к) средняя скорость вращения электродвигателя при ходе судна по курсу

ω_ср = = 10,6 рад/сек

л) эквивалентная мощность двигателя при ходе судна по курсу

Р_экв = М_экв * ω_ср = 14,4 * 10,6 = 0,21 кВт

м) относительная продолжительность включения электродвигателя

ПВ = * 100% = 20%

19) Мощьность питающего генератора:

Р_г= Р_дв*1,2 = 7200 Вт

20) Для питания исполнительного двигателя системы Г-Д выбираем по каталогу генератор, постоянного тока типа 2ПН160LYXЛ4

Рном. кВт	Uном. В	nном, об/мин	ηном,%
7,5

 

21) Мощность, необходимая для питания обмотки возбуждения исполнительного электродвигателя.

Р_в.дв= 0,05*Р_дв = 0,005*6 = 0,3 кВт

22) Мощность, необходимая для питания обмотки возбуждения генератора

Р_в.г.= 0,05*Р_г.г =0,05*7,5 =0,375 кВт

23) Мощность возбудителя для питания обмоток возбуждения

Р_в= Р_в.дв+Р_г.г= 0,3+0,375 = 0,675

24) Выбираем по каталогу в качестве возбудителя генератор постоянного тока серии 2ПН112МУХЛ4

Рном. кВт	Uном. В	nном, об/мин	ηном,%
0,75			64,5

 

25) Мощность приводного двигателя

кВт

26) Выбираем по каталогу электродвигатель переменного трехфазного тока типа АИС160М4

Рном. кВт	nном, об/мин	ηном,%	Cos ϕном	I1. При 220 В
11,0			0,86	36,4

 

 

 

Выбор кабелей

1. Для приводного двигателя

Р = *U*I*cos ϕ*ή_н =

Выбрали кабель КНР3х6 I_д=40А

r_a= ρ

ΔU = ((100* *I_л)/U_л)*r_a*cosϕ = 1.4% (Удовлетворяет требованиям РР)

2. Для исполнительного электродвигателя

A

Выбрали кабель КНР2х16 I_д=79А

ΔU = (I*L)/γ*U*S = (65.3*10)/48*110*16 = 653/84480 = 0.08 %

(Удовлетворяет требованиям РР)

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: