Состояние якорной цепи при съемке судна с якоря

 

При подтягивании судна к месту заложения якоря изменяется состояние якорной цепи, что приводит к изменению нагрузки электропривода. Для облегчения анализа работы якорного механизма и оценки усилий на клюзе рассматриваемый процесс условно разделяют на четыре стации и принимают некоторые упрощения:

– усилие на первой стадии постоянно и равно усилию на цепной звездочке при установившемся движении судна к якорю;

– усилие на второй стадии изменяется линейно и заканчивается усилием на цепной звездочке при отрыве якоря от грунта;

– длина цепи за время третьей стадии не изменяется, т.к. отрыв якоря происходит мгновенно и волочение якоря отсутствует;

– за расчетное значение длины якорной цепи принимается полная длина цепи правого якоря.

 

I стадия – выбирание лежащей на грунте цепи.

С включением якорного механизма судно начинает разгоняться до постоянной скорости, равной скорости выбирания цепи, и подтягивается к месту заложения якоря. Относительная скорость течения увеличивается на абсолютную скорость подтягивания, которая находится в пределах V_П = 0,1÷0,3 м/с, и следовательно

(6)

Увеличивается сила течения, действующая на подводную часть судна и гребные винты

(7)

(8)

Увеличивается длина провисающей части цепи и на клюзе устанавливается равновесие горизонтальных сил.

Держащая сила якоря возрастает и становится равной

(9)

Отсюда можно определить установившуюся длину провисающей части цепи L₂, м

(10)

где b – высота клюза над водой, м;

 

При установившейся скорости движения судна тяговое усилие на цепной звездочке, Н

(11)

где – коэффициент потерь на трение от клюза до

цепной звездочки.

 

II стадия – спрямление провисающей части цепи.

После поднятия последнего звена цепи, лежащего на грунте, якорная цепь укорачивается, натягивается.

Длина выбранной цепи на этой стадии, м

Силы натяжения и углы их приложения постоянно меняются, усилия на клюзе и цепной звездочке возрастают. Наступает момент, когда происходит отрыв якоря, означающий конец второй стадии. значение отрывной силы зависит от характера сцепления якоря с грунтом. Российский речной Регистр на основании статисческих исследований позволяет считать силу подрыва якоря Холла равной его двойному весу, тогда усилие на звездочке в момент отрыва определяется уравнением, Н

(12)

где m_я – масса правого якоря, кг.

 

III стадия – отрыв якоря от грунта

Является наиболее напряженной стадией. Начинается после подрыва якоря от грунта. Электропривод работает со скоростью, соответствующей отрывной нагрузке. Происходит волочение якоря по грунту на встречу судну.

Учитывая известную неопределённость отрывного усилия, граница между II и III стадиями является условной. При неблагоприятных случаях заклинивания якоря в крупно каменистом грунте усилие на звездочке может значительно превысить отрывное расчетное значение. Электропривод постепенно затормаживается. Отрыв якоря происходит вследствие кинетической энергии судна, проходящего на некоторой скорости над местом заложения якоря. При расчете и построении зависимости Т_з = f(L) считают, что усилие на звездочке при волочении якоря по грунту равно усилию Т_зII, а длина цепи за время III стадии не изменяется.

 

IV стадия – подъем свободно висящего якоря.

Начинается с момента, когда оторванный от грунта якорь повисает на цепи. Тяговое усилие на цепной звездочке резко уменьшается, Н

(5.14)

Происходит подъем якоря. Работа электропривода здесь не связана с движением судна. Тяговое усилие равномерно убывает по мере подъема якоря. При выходе якоря из воды четвертая стадия заканчивается.

Тяговое усилие на цепной звездочке, Н

(5.15)

Длина выбранной цепи на этапе, м

L_IV = h

В дальнейшем якорь на малой скорости втягивается в клюз. Облегчённая и непродолжительная работа электропривода на этом участке при энергетических расчетах, как правило, не учитывается.

С учетом принятых упрощений графическая зависимость усилий на цепной звездочке от длины якорной цепи Т_з = f(L) будет иметь вид:

Рис. 5.3 Упрощенная диаграмма усилия на звездочке якорного устройства при съемке судна с якоря.

 

Кроме рассмотренного режима снятия с якоря Правилами предусматривается осуществление электроприводом одновременного подъема двух якорей с половины глубины якорной стоянки.

Усиление на звездочке якорного устройства в начале режима

(5.16)

в конце режима

(5.17)

 

Рис. 5.4 Диаграмма усилий на цепной звёздочке при одновременном поднятии двух якорей.

При расчетах электропривода в данном режиме работы глубину якорной стоянки принимают равной длине цепи правого якоря.

При построении графика зависимости усилий на цепной звездочке от длины вытравленной цепи необходимо помнить, что происходит одновременный подъем двух якорей, что длина цепи каждого из них при этом равна половине длины цепи правого якоря.

 

6.5. Расчет и построение зависимости момента на валу исполнительного электродвигателя от длины якорной цепи М=f(L)

 

Момент на звездочке определяется произведением усилия на звездочке на ее радиус:

(17)

где D_з – диаметр цепной звездочки, м: диаметр пятикулачковой

звездочки может быть определен как D_з= 13,7 d, где d – калибр

цепи, мм.

Приведение момента к валу электродвигателя производится по известному из механики уравнению

(18)

где i – передаточное число редуктора

η_мех = 0,7÷0,75 – механический коэффициент полезного

действия якорно-швартовного механизма

Для предварительной оценки передаточного числа задаются скоростью выбирания якорной цепи (0,14÷0,17 для речных судов) и ориентировочным значением номинальной частоты вращения , близким к номинальной частоте вращения при работе на естественной характеристике и на основной обмотке электродвигателя.

(19)

Полученное значение передаточного числа уточняют по справочнику.

Задаваясь граничными значениями сил натяжения на цепной звездочке, используя уравнения (17), (18), (19) рассчитывают значения моментов на валу электродвигателя в зависимости от длины якорной цепи и производят графические построения зависимостей приведенного момента от длины якорной цепи при съемке судна с якоря и при одновременном поднятии двух якорей.

Рис. 5.5 Нагрузочная диаграмма якорного электропривода при съемке судна с якоря.

Рис. 5.6 Нагрузочная диаграмма якорного электропривода при одновременном поднятии двух якорей.

Предварительный расчет мощности и выбор электродвигателей для якорных механизмов

 

В практике определения мощности исполнительных электродвигателей якорных и якорно-швартовных механизмов расчетное значение номинального момента устанавливают по наибольшему моменту М₂ нагрузочной диаграммы при снятии судна с якоря.

При пуске двигателя оказываются повышенными статические коэффициенты трения отдельных пар механизма передачи. Кроме того, необходим некоторый запас на создание момента для разгона системы. По опыту завода «Динамо» общий необходимый избыток пускового момента оценивается в 50 %:

Тогда, учитывая требования Регистра, расчетное значение номинального момента может быть определено по выражению:

(20)

где λ_м = 2÷3 – перегрузочная способность двигателя;

К_u = 0,9 – коэффициент запаса на падение напряжения;

К_м = 0,9 – коэффициент запаса на механический износ.

Расчетное значение мощности исполнительного электродвигателя, кВт:

(21)

где – расчетное значение номинальной частоты; принималось

при определении передаточного числа редуктора.

Двигатель выбирается из каталогов специальных серий, выпускаемых промышленностью для якорно-швартовных механизмов, типа МАП и ДПМ, в зависимости от рода тока и величины номинального напряжения судовой сети.

При этом должно выполняться условие:

при ,

где Р_{ном 30} – номинальная мощность электродвигателя в тридцати-

минутном режиме работы.

8. расчет и построение механических характеристик и зависимости I = f(M)

 

Для проверки выбранного электродвигателя необходимо иметь естественную и реостатные характеристики двигателей постоянного тока, расчет и построение которых рассматривались в главе «Рулевые электроприводы». Механические характеристики каждой обмотки двигателей серии МАП и других асинхронных двигателей строят по четырем точкам, которые определены паспортными данными, с уточнением рабочей части характеристики расчетом по упрощенной формуле Клосса. Для расчета зависимости I = f(M) можно использовать литературу [л.9] и др.