Электроприводы палубных механизмов и рулевых устройств

 

Судовое электрооборудование расположено на самых разных пространствах судна и в разных помещениях.

Место расположения электрооборудования определяется видом механизма.

Например, электроприводы палубных механизмов – якорно-швартовных и грузовых устройств, траповых и шлюпочных лебедок, расположены на открытых палубах и подвержены прямому воздействию воды.

Электроприводы механизмов, расположенных в машинном отделении, например, пожарных насосов, насосов, обеспечивающих работу главного двигателя, лишены прямого воздействия воды, но остаются под воздействием остальных неблагоприятных факторов – повышенной влажности, вибрации, ударов и др.

Электрооборудование, расположенное в ЦПУ – разного рода системы управления и контроля, а также главный электрораспределительный щит, работают в наиболее комфортных условиях, т.к. помещение ЦПУ отапливается (или охлаждается, в зависимости от района плавания) и вентилируется.

Условные обозначения категорий размещенияэлектрооборудования на судне приведены в таблице

Категории размещенияэлектрооборудования на судне

Обозначение категории места	Характеристика места размещения электрооборудования
	На открытом воздухе
	На открытом воздухе или в помещениях, где колебания температу ры и влажности воздуха незначительно отличаются от колебаний на открытом воздухе
	В помещениях с естественной вентиляцией без искусственного климата
	В отапливаемых или охлаждаемых и вентилируемых помещениях
	В помещениях с повышенной влажностью, где возможно длитель- ное наличие воды или частая конденсация влаги на стенах или потолке

Основные сведения

Судовое электрооборудование будет работать надежно, если оно не только правильно сконструировано, но и правильно используется.

СЭО используется правильно, если оно соответствует условиям работы судового механизма, устройства и т.п.

Поясним сказанное на примере условий работы электродвигателей.

Например, электродвигатели насосов и вентиляторов работают с постоянной нагрузкой, при неизменном токе.

В то же время электродвигатели грузоподъемных механизмов работают в более тяжелых условиях – с частыми пусками, сопровождающимися бросками тока.

Ясно, что использовать в грузоподъемных механизмах электродвигатели, предназначенные для насосов или вентиляторов нельзя – они быстро сгорят.

Если, наоборот, использовать для насосов или вентиляторов электродвигатели, предназначенные для грузоподъемных механизмов, можно, но нецелесообразно – они окажутся недоиспользованными по мощности, т.к. вместо работы в тяжелых условиях (с бросками токов) они станут работать в легких (с постоянной нагрузкой).

Иначе говоря, каждому виду СЭО соответствует «свой», определенный режим работы. Тот или иной режим работы электрооборудования полностью зависит от технологических условий работы механизма. Иначе говоря, механизм «навязывает» электрооборудованию (например, электродвигателю) свои условия работы – как работает механизм, так должен работать и электродвигатель.

Приведем основные сведения, связанные с понятием «режим работы электрооборудования», применительно к электродвигателям.

Это объясняется тем, что основную часть производимой на судне электроэнергии (до 85…90%) потребляют именно электродвигатели.

Международная система классификации режимов работы электродвигателей

Режим работы электродвигателей - это установлен­ный порядок чередования периодов, характеризуемых величиной и продолжительностью нагрузки, отключений, торможения, пуска и реверса во время его работы.

Для иллюстрации этих режимов работы используют нагрузочные диаграммы, представляющие собой зависимость параметра, характеризующего нагрузку приводного двигателя от продолжительности t отдельных циклов, со­ставляющих работу электропривода в течение определенного пе­риода времени.

К параметрам, характеризующим нагрузку приводного двигателя электропривода, относят:

1. полезную мощность Р;

2. полезный момент (момент на валу) М;

3. силу потреб­ляемого тока I.

Существующие международные стандарты устанавливают 8 режимов работы электрооборудования, обозначаемых S1…S8.

Существующие международные стандарты устанавливают 8 режимов работы электрооборудования, обозначаемых S1…S8

Режимы работы электрооборудования

	Название режима	Обозна- чение	Примеры судовых электроприводов
	Продолжительный	S1	Вспомогательные механизмы ГД, вентиляторы МО и трюмные, рулевое устройство
	Кратковременный	S2	Лебедки шлюпочные и траповые, якорно-швартовные устройства
	Повторно-кратковремен- ный	S3	Грузоподъемные механизмы (лебедки, краны, порталы)
	Повторно-кратковременный, с определенным числом включений в час	S4	Грузоподъемные механизмы (лебедки, краны, порталы)
	Повторно-кратковременный, с электрическим торможением	S5	Грузоподъемные механизмы (лебедки, краны, порталы)
	Перемежающийся с длительностью цикла 10 мин	S6	-
	Повторно-кратковременный с частыми реверсами при электрическом торможении	S7	Грузоподъемные механизмы (лебедки, краны, порталы)
	Перемежающийся с двумя и более частотами вращения	S8	-

На судах, в основном, применяются электрооборудование первых трех режимов, а именно:

1. продолжительного S1;.

2. кратковременного S2;

3. повторно-кратковременного S3.

Используемые на транспортных судах рулевые электроприводы отличаются боль­шим многообразием. Это связано с конструктивными особенностя­ми рабочего органа, режимом работы основного электрооборудо­вания, видом механических связей между исполнительным элект­родвигателем и рулем, степенью автоматизации управления и т. д.

Ниже приводится разделение рулевых электроприводов по группам в соответствии со следующими основными признаками:

1. По гидродинамическим особенностям руля.

Руль определяет не только управляемость судна, но и нагрузку рулевого электропривода и возможные режимы его работы.

На морских транспортных судах в ка­честве кормовых рулей в настоящее время чаще используются обыкно­венные рули, которые разделяются по таким признакам:

а) по форме пера и степени компенса­ции:

1. простые;

2. балансирные;

3. полубалансирные.

б) по профилю руля:

1. пластинчатые;

2. удобообтекаемые (профильные).

Профильность руля сравнительно мало влияет на нагрузочные характеристики привода, но является важным элементом, улучшающим ходкость судна, уменьшая общее сопротивление его движению.

Ком­пенсация руля используется для общего уменьшения момента на баллере, что облегчает условия работы рулевого электропривода.

Вместе с тем при компенсированном руле ограничивается количество точек закрепления пера руля, что снижает прочность и надежность рулевого комплекса.

Поэтому на судах ледового плавания, ледоколах стремятся применять простые рули, ось вращения которых проходит по передней кромке, что обеспечивает возможность увеличения числа подшипни­ков на рудерпосте для создания наиболее прочного подвижного сочле­нения.

2. По типу механической передачи между рабочим органом и рулевым

исполнительным двигателем (ИД).

Вид передаточного механизма определяет характер работы рулевого ИД, степень его энергетического использования и особенности электрифицирован­ной системы управления.

Рулевые электромеханические (РЭМ) приводы - секторные, редукторные. В них рулевой ИД жестко через кине­матический механизм связан с баллером руля.

Управление переклад­кой производится непосредственным включением и отключением дви­гателя, характер работы которого прерывистый.

Регулирование пере­кладки производится посредством изменения частоты вращения рулево­го ИД.

Рулевые электрогидравлические (РЭГ) при­воды. В них рулевой ИД непрерывно вращает насос, от которого при необходимости перекладки происходит управляемая подача рабочей жидкости на гидравлическую рулевую машину.

В настоящее время ис­пользуются рулевые машины плунжерные, лопастные, с качающимися цилиндрами.

В зависимости от принятого принципа регулирования пода­чи масла на рулевую машину (объемного или дроссельного) применя­ются насосы переменной или постоянной подачи.

Для более мощных систем характерен объемный принцип регулирования, осуществляемый посредством специального электрического или электромеханического сервопривода.

В кинематике сервопривода для целей эффективности регулирования подачи масла насосом применяются: рычажные, кулач­ковые и электрические дифференциалы.

При дроссельном регулирова­нии подача масла происходит включением золотника с ручным или электромагнитным приводом.

Таким образом, в РЭГ-приводах регулирование перекладки руля происходит на гидравлической стороне механизма передачи при посто­янном вращении вала исполнительного электродвигателя. В качестве последних применяются наиболее простые и дешевые асинхронные ма­шины с короткозамкнутым ротором. Управление ими заключается толь­ко в дистанционном пуске при изготовке рулевого приводя к действию.

3. По степени автоматизации управления рулевые электропри­воды разделяются на приводы:

1. простого;

2. следящего;

3. автоматиче­ского действия.

Простое действие или управление по времени.

При простом управления в качестве органов управления используют кнопки «Лево руля», «Право руля» или вертикально расположенный рычаг управления («джостик»).

Руль перекладывается все то время, пока нажата одна из кнопок или рычаг выведен из нейтрального положения (наклонен в нужную сторону). Перекладка пре­кращается, если отпустить кнопку или вернуть рукоятку поста в исходное - нулевое по­ложение. Отсюда название – управление по времени.

Об угловом состоянии руля в каждый момент времени судят по рулевому указателю - аксиометру.

Таким образом, простое управление является неавтоматизированным.

Следящее действие или управление по пути.

При следящем управления в качестве органа управления используют штурвал поста управления в рулевой рубке.

При повороте штурвала на определенный угол в необходимую сторону (влево или вправо относительно нулевого положения) перо руля повернется на такой же (или пропорциональный) угол и автоматически остановится.

Иначе говоря, перо руля повторяет поворот штурвала, как бы следит за движением штурвала, отсюда название – следящее управление.

При этом угол поворота пера руля тем больше, чем больше угловое расстояние (путь), описанное штурвалом, отсюда второе название – управление по пути.

Из сказанного следует, что каждому положению штурвала после отработки соответствует определен­ное положение руля.

Таким образом, следящее управление является полуавтоматическим – на первом этапе управления участвует человек (поворачивает вручную штурвал), на втором - используются элементы автоматики (сельсин-датчик руля в румпельном отделении), обеспечивающие автоматическую (без участия человека) остановку руля.

Аксиометр является средством дополнительного контроля положения руля.

Автоматическое действие. Рулевой привод обеспе­чивает выполнение заданной программы перемещения судна. В част­ном, наиболее простом случае, решается задача стабилизации судна на прямом курсе.

В качестве органов управления используются элементы автоматики: сельсины-трансформаторы (поста управления в рулевой рубке, пера руля в румпельном отделении, насоса Холла в исполнительном механизме), тахогенераторы и др.