Электроприводы якорно-швартовных механизмов

Электропривод якорно-швартовых устройств обеспечивает отдачу и выбирание якорной цепи и якорей, подтягивание судна к причалу и выбирание свободных швартовых концов. На судах применяются два вида якорно-швартовых устройств: брашпиль и шпиль.

В конструкции брашпиля якорные звездочки, осуществляющие зацепление звеньев якорной цепи, и швартовные барабаны располагаются горизонтально. Механизм и электропривод брашпиля позволяют отдавать и выбирать два якоря одновременно и отдельно.

В конструкции шпиля швартовный барабан и якорная звездочка располагается вертикально. Механизм шпиля обслуживает только один якорь. Преимущество шпиля заключается в том, что весь его механизм с электроприводом, кроме барабана и поста управления, располагаются под палубой, благодаря чему якорно-швартовные шпили нашли широкое распространение на военных кораблях

На судах транспортного флота обычно на баке устанавливается якорно-швартовный брашпиль, а на корме – швартовный шпиль (иногда два шпиля).

К современным электроприводам якорно-швартовных устройств предъявляются следующие требования:

Электропривод брашпиля должен обеспечивать выбирание любой из якорных цепей со скоростью не менее 10 м/мин при расчетном тяговом усилии непрерывно в течении 30 мин.

при подходе к клюзу скорость выбирания должна быть не более 10 м/мин.

Электропривод должен обеспечивать и одновременное выбирание свободно висящих якорей с половины номинальной глубины для данного судна, устанавливаемой в зависимости от диаметра якорной цепи

Скорость выбирания швартовного троса при номинальном тяговом усилии не должна превышать 18 м/мин.

Во время швартовных операций электропривод должен быть способен развивать в течении 15 с усилие в швартовном тросе, в 2 раза превышающие номинальное значение

Электродвигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором должны после 30-минутного режима работы с номинальной нагрузкой выдерживать стоянку под током в течении 30 с для якорных механизмов и 15 с для швартовных

Электродвигатели с фазным ротором и электродвигатели постоянного тока должны выдерживать режим стоянки под током при моменте, в 2 раза превышающем номинальный момент двигателя. После этого перегрев должен составлять не более 130% допустимого нагрева двигателя, зависящего от класса его изоляции.

Электропривод якорно-швартовных устройств должен оборудоваться тормозным устройством, автоматически затормаживающим привод при его выключении или при исчезновении напряжения питания.

Электродвигатель якорного устройства в процессе съемки судна с якоря работает в кратковременном режиме с переменной нагрузкой.

Для построения нагрузочной диаграммы электропривода якорного устройства весь процесс съемки с якоря разбивают на четыре стадии:

В первой стадии судно под действием электропривода якорного устройства движется с небольшой постоянной скоростью к месту заложения якоря. При этом количество звеньев цепи, втягиваемых в клюз, равно количеству звеньев, поднятых с грунта. Характер провисания цепи не меняется, а следовательно, усилие натяжения цепи у входа в клюз и момент на валу двигателя остаются постоянными. Первая стадия заканчивается когда будет поднято последнее свободно лежащее звено цепи.

Во второй стадии натяжение цепи возрастает. При этом закон изменения натяжения цепи достаточно сложный и аналитическое выражение его отсутствует. В приближенных расчетах можно считать, что усилие натяжения цепи во второй стадии изменяется во времени по прямолинейному закону.

 

В третьей стадии натяжение цепи остается все время максимальным, при этом двигатель даже и останавливаться. Так как судно продолжает двигаться к месту заложения якоря, образуется слабина цепи и возобновляется вращение двигателя. При прохождении судна над местом заложения якоря происходит выворачивание якоря и отрыв его от грунта. Продолжительность третьей стадии обычно не более 1 мин.

В четвертой стадии поднимается свободно провисающий якорь

Таким образом строится нагрузочная диаграмма якорного устройства (рис. 3), необходимая для проверки выбранного электродвигателя по условиям нагрева. Время каждой стадии может быть найдено при учете длины вытравленной цепи и глубины стоянки судна.

рис. 4 Нагрузочная диаграмма электропривода брашпиля при съемке с якоря

Система управления электроприводом якорно-швартовного устройства должна осуществлять пуск двигателя с расчетным пусковым моментом, регулирование частоты вращения его, реверсирование и остановку с одновременным наложением механического тормоза. Механический тормоз должен накладываться на привод и в случае исчезновения напряжения в сети. Электропривод брашпиля и якорного шпиля должен, кроме того, обеспечивать спуск якорей и якорных цепей в тормозном режиме.

Наиболее полно всем требованиям отвечает электропривод по системе генератор-двигатель. Недостаток такой системы в том что она громоздка, требуются дополнительные помещения для преобразовательных агрегатов, наличие машин постоянного тока повышает эксплуатационные расходы и снижает надежность ответственного привода. На современных судах широко распространены электроприводы якорно-швартовых устройств с многоскоростными асинхронными короткозамкнутыми двигателями.

Первая скорость двигателя предназначена для отрыва якоря от грунта и втягивания его в клюз. В обоих случаях возможна остановка привода (заклинивание). Максимальный момент, развиваемый при этом двигателем, может вызвать поломки в механической части привода. Для уменьшения максимального момента двигателя на первой скорости в электроприводе брашпиля некоторых судов обмотка соединяется в открытый треугольник. Однако двигатель в этом случае работает с повышенным скольжением и с повышенными потерями энергии, что приводит к быстрому перегреву его. Работа двигателя на первой скорости допускается не более 2 мин.

Третья скорость предназначена только для выбирания свободных швартовых концов. Если двигатель будет ошибочно включен на третью скорость при подтягивании судна к причалу, то срабатывает реле максимального тока, замыкающее цепь промежуточного контактора. Двигатель автоматически переключается на вторую скорость. Реле срабатывает и под действием пусковых токов обмотки третьей скорости, но в этом случае реле времени, замыкающее свой контакт в цепи катушки с выдержкой времени, предотвращает отклонение контактора.