2.1.2. Исходные данные для расчета якорно-швартовного электропривода.

1. Тип судна;

2. Водоизмещение судна D (т);

3. Главные размерения судна (м):

Длина

Ширина

Осадка

4. Размеры надстройки (м):

Высота h

Ширина

5. Высота борта (м)

6. Калибр якорной цепи (мм)

7. Длина цепи (м)

8. Количество и масса якорей (т)

9. Расчётная глубина стоянки (м)

10. Диаметр цепной звёздочки (м)

11. Передаточное число якорного механизма

12. КПД якорного механизма 

13. Площадь смоченной поверхности судна S_П (м²)

14. Площадь надводной части судна S₁ , S₂ (м²)

15. Скорость ветра ₁ (м/с)

16. Скорость течения _ТЕЧ (м/с)

17. Скорость выбирания якорной цепи _ВЫБ (м/с)

18. Масса одного якоря Q (кг)

19. Число якорей n (шт)

20. Масса (q, кг) одного погонного метра якорной цепи калибра (d, мм)

21. КПД клюза _КЛ

22. Напряжение судовой сети U (В)

2.1.3. Порядок расчета электродвигателя брашпиля на постоянном токе. Принимаем:

- поднимаются одновременно два якоря;

- один якорь отрывается от грунта раньше другого.

Исходными данными для расчета являются:

1	Площадь смоченной поверхности судна	SП	м2
2	Площадь надводной части судна	S1 , S2	м2
3	Глубина стоянки судна	Н	м
4	Скорость ветра	1	м/с
5	Скорость течения	ТЕЧ	м/с
6	Скорость выбирания якорной цепи	ВЫБ	м/с
7	Масса одного якоря	Q	кг
8	Число якорей	n	шт
9	Масса (q) одного погонного метра якорной цепи калибра (d)	d, q	мм кг
10	Радиус звездочки барабана	RЗВ	м
11	КПД брашпиля	БР
12	Общее передаточное число брашпиля	i
13	КПД клюза	КЛ
14	Напряжение судовой сети	U	В

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

1). Максимальное усилие на звездочке брашпиля при выбирании двух якорей с отрывом одного от грунта:

,

где f_кл = (1,28  1,35) – коэффициент трения в клюзах;

k = 0,9 для пресной воды; k = 0,87 для морской воды;

 = g q (Н) – сила тяжести одного погонного метра якорной цепи;

Т_Я = g Q (Н) – сила тяжести одного якоря.

2). Примем коэффициент перегрузки двигателя  = 2, тогда максимальное расчетное усилие (Н) на звездочках брашпиля

F_ЗВ = F_max / 2.

3). Ориентировочно мощность (кВт) электродвигателя

.

4). Скорость (рад/с) вращения звездочки

.

5). Номинальная скорость вращения электродвигателя

_Н = _ЗВ i, (рад/с).

6). Номинальный момент на валу электродвигателя

М_Н = Р / _Н, (Нм).

7). Выбираем электродвигатель, с номинальным данными:

Р_Н; I_Н; U_Н; n_Н, М_Н, М_max; коэффициент загрузки электродвигателя  = М_max / М_Н. Номинальный момент на валу выбранного двигателя: М_Н = Р_Н / _Н (Нм);

Максимальный момент на валу электродвигателя при подъеме двух якорей с отрывом одного из якорей от грунта (Нм);

Коэффициент загрузки электродвигателя  = М_max / М_Н.

По характеристике (рис. 1) определяем скорость вращения электродвигателя при М_max.

ПРОВЕРКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПО РЕЖИМАМ РАБОТЫ

ПЕРИОД 1. Выбирание якорной цепи, лежащей на грунте.

1). Усилие от напряжения двух якорных цепей при подтягивании судна к якорю (без сопротивления в клюзе)

,

где R = R_В + R_Т – нагрузка на судно от ветра и течения.

(Н),

k_В = 0,175  0,22 – коэффициент ветрового давления (Нс²/м⁴);

 = 0,26  0,31 – коэффициент, учитывающий обтекаемость судна.

(Н),

f_Т = 1,4  1,7 – коэффициент трения.

2). Момент (Нм) на валу электродвигателя:

.

По характеристике (рис. 1) определяем скорость вращения электродвигателя при М₁.

; (рад/с).

3). Длина (м) провисающей части цепи

.

4). Время (с) выбирания цепи

.

5). Средняя скорость (м/с) выбирания цепи

.

ПЕРИОД 2. Выбирание якорей при переменном тяговом усилии.

1). Начальный момент М₁ (Нм)

2). Начальная скорость электродвигателя по его механической характеристике ₁ (рад/с)

3). Конечный момент при отрыве одного из якорей от грунта М₂ = М_max ; = М₂ / М_Н;

4). Скорость вращения электродвигателя при моменте М₂ принимается по механической характеристике (рис. 1): , тогда находим ₂ = _Н (рад/с).

5). Длина цепи, выбираемой в периоде: l₂ = 0,5 Н (м)

6). Время (с) выбирания цепи

7). Средняя скорость (м/с) выбирания цепи

ПЕРИОД 3. Отрыв якоря от грунта.

1). Момент при отрыве якоря М₂ = М_max (Нм)

2). Принимаем время стоянки электродвигателя под током t₃ = (1  2) мин

ПЕРИОД 4. Подъем двух якорей с глубины Н.

1). Усилие (Н) на звездочке брашпиля

2). Усилие (Н) на двух звездочках брашпиля

3). Момент (Нм) на валу электродвигателя в начале подъема двух якорей

4). Скорость вращения электродвигателя при по механической характеристике (рис. 1): , тогда находим ₃ = _Н (рад/с).

5). Усилие (Н) на звездочках от веса двух якорей в конце подъема

6). Момент (Нм) на валу электродвигателя в конце подъема двух якорей

7). Скорость вращения электродвигателя при по механической характеристике (рис. 2.1): , тогда находим ₄ = _Н (рад/с).

8). Время подъема (с) двух якорей с глубины Н:

9). Средняя скорость (м/с) выбирания двух якорей за период 4: .

10). Полное время выбирания (с) двух якорей за весь период:

Т_П = t₁ + t₂ + t₃ + t₄.

11). Средняя скорость (м/с) выбирания двух якорей: .

12). Строим диаграмму (см. рис. 2.2) нагрузки электродвигателя , а затем вычислим среднеквадратичный момент:

, где

;

;

;

Если М_ЭКВ  М_ДВ, то выбранный электродвигатель обеспечит работу брашпиля.

Рис. 2.1. Универсальные характеристики двигателя постоянного тока серии МП смешанного возбуждения

Рис. 2.2. Нагрузочная диаграмма якорно-швартовного электропривода

ПРИМЕР 2.1 Рассчитать электродвигатель брашпиля на постоянном токе. Исходные данные:

1	Площадь смоченной поверхности судна	SП	700	м2
2	Площадь надводной части судна	S1 , S2	20, 25	м2
3	Глубина стоянки судна	Н	40	м
4	Скорость ветра	1	12	м/с
5	Скорость течения	ТЕЧ	0,9	м/с
6	Скорость выбирания якорной цепи	ВЫБ	0,17	м/с
7	Масса одного якоря	Q	600	кг
8	Число якорей	n	2	шт
9	Масса (q) одного погонного метра якорной цепи калибра (d)	d, q	28 17	мм кг
10	Радиус звездочки барабана	RЗВ	0,18	м
11	КПД брашпиля	БР	0,45
12	Общее передаточное число брашпиля	i	150
13	КПД клюза	КЛ	0,7
14	Напряжение судовой сети	U	220	В

Принимаем:

• поднимаются одновременно два якоря;

• один якорь отрывается от грунта раньше другого

1). Максимальное усилие на звездочке брашпиля при выбирании двух якорей с отрывом одного от грунта:

,

где f_кл = (1,28  1,35) – коэффициент трения в клюзах;

К = 0,9 для пресной воды; К = 0,87 для морской воды;

(Н) – сила тяжести одного погонного метра якорной цепи;

(Н) – сила тяжести одного якоря.

2). Примем коэффициент перегрузки двигателя  = 2 (может быть 2  2,5), тогда максимальное расчетное усилие (Н) на звездочках брашпиля

3). Ориентировочно мощность (кВт) электродвигателя

.

4). Скорость (рад/с) вращения звездочки

.

5). Номинальная скорость вращения электродвигателя

6). Номинальный момент на валу электродвигателя

7). Выбираем электродвигатель постоянного тока смешанного возбуждения, с номинальными данными: Р_Н = 11кВт; I_Н = 58А; U_Н = 220В; n_Н = 1320 об/мин (138 рад/с).

Номинальный момент на валу выбранного двигателя: .

Максимальный момент на валу электродвигателя при подъеме двух якорей с отрывом одного из якорей от грунта .

Коэффициент загрузки электродвигателя . Универсальные характеристики двигателя приведены на рис. 2.1.

По характеристике определяем скорость вращения электродвигателя при максимальном моменте ( ): .

ПРОВЕРКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПО РЕЖИМАМ РАБОТЫ

ПЕРИОД 1. Выбирание якорной цепи, лежащей на грунте.

1). Усилие от напряжения двух якорных цепей при подтягивании судна к якорю (без сопротивления в клюзе)

, где

R = R_В + R_Т – нагрузка на судно от ветра и течения.

,

k_В = 0,175  0,22 – коэффициент ветрового давления (Нс²/м⁴);

 = 0,26  0,31 – коэффициент, учитывающий обтекаемость судна.

,

f_Т = 1,4  1,7 – коэффициент трения.

Сопротивление от действия на судно воды и ветра: .

2). Момент (Нм) на валу электродвигателя:

.

По характеристике (рис. 1) определяем скорость вращения электродвигателя при М₁.

; .

3). Длина (м) провисающей части цепи

.

4). Время выбирания цепи

.

5). Средняя скорость (м/с) выбирания цепи за период I:

.

ПЕРИОД 2. Выбирание якорей при переменном тяговом усилии.

1). Начальный момент М₁ = 53,7 (Нм)

2). Начальная скорость электродвигателя по его механической характеристике

₁ = 148 (рад/с)

3). Конечный момент при отрыве одного из якорей от грунта М₂ = М_max = 144 (Нм) ;

4). Скорость вращения электродвигателя при моменте М₂ принимается по механической характеристике (рис. 1): , тогда находим

5). Длина цепи, выбираемой в периоде:

6). Время выбирания цепи

7). Средняя скорость (м/с) выбирания цепи

ПЕРИОД 3. Отрыв якоря от грунта.

1). Момент при отрыве якоря М₂ = М_max = 144 (Нм)

2). Принимаем время стоянки электродвигателя под током t₃ = 60с (берется 1  2 мин)

ПЕРИОД 4. Подъем двух якорей с глубины Н = 40м.

1). Усилие (Н) на звездочке брашпиля

2). Усилие (Н) на двух звездочках брашпиля

3). Момент (Нм) на валу электродвигателя в начале подъема двух якорей

4). Скорость вращения электродвигателя при по механической характеристике (рис. 1): , тогда находим

.

5). Усилие (Н) на звездочках от веса двух якорей в конце подъема

6). Момент (Нм) на валу электродвигателя в конце подъема двух якорей

,

7). Скорость вращения электродвигателя при по механической характеристике (рис. 1): , тогда находим .

8). Время подъема (с) двух якорей с глубины Н = 40 (м):

9). Средняя скорость (м/с) выбирания двух якорей за период 4: .

10). Полное время выбирания (с) двух якорей за весь период:

.

11). Средняя скорость (м/с) выбирания двух якорей: .

12). Строим диаграмму (см. рис. 2) нагрузки электродвигателя , а затем вычислим среднеквадратичный момент:

, где

;

Так как

М_ЭКВ = 67  М_ДВ = 80,

то выбранный электродвигатель обеспечит работу брашпиля.