Системы управления и состав электрооборудования рулевых устройств

Состав электрооборудования рулевых устройств определяется системами рулевого управления и зависит от типа передаточного механизма. В РЭП исполнительные ЭД жестко связаны с баллером руля, а поэтому должны выдерживать большое число включений, переменную нагрузку и кратковременную перегрузку (вплоть до стоянки под током).

Приведенные требования показывают, что рулевые ЭД для механических передач вне зависимости от рода тока и схемы включения должны иметь мягкую механическую характеристику. Это обусловлено стремлением не допустить поломки механизма руля от случайных заеданий в системе, а также ограничить динамические усилия при ударах волн о руль. При постоянном и переменном токе для этого типа рулевой передачи, безусловно, наилучшей является система Г-Д, которая благодаря противокомпаундной обмотке генератора обеспечивает исполнительному ЭД мягкую механическую характеристику и защищает его от токовых перегрузок.

В РЭГП исполнительные ЭД непрерывно вращают насос, т.е. их частые пуски исключены (режим работы является длительным при переменной нагрузке). Для этих ЭД необходима жесткая механическая характеристика. Поэтому следует применять ЭД постоянного тока с параллельным возбуждением или короткозамкнутые АД с нормальным скольжением. Жесткая характеристика позволяет поддерживать подачу насоса с ростом нагрузки, а перегрузка и динамическая нагрузка ограничиваются с помощью перепускных клапанов и гидравлических ограничителей подачи.

Учитывая важное значение РЭП и исходя из характерных для него режимов работы, к нему предъявляют следующие технические требования, установленные и контролируемые Регистром РФ:

I. При работе РЭП должен быть надежным и иметь достаточный резерв на случай аварии. С этой целью на морских судах необходимо устанавливать 2 привода - основной и резервный. В том случае, если основной привод является сдвоенным, т.е. 2 агрегата действуют независимо один от другого, установка резервного РЭП не требуется.

2. Исполнительные двигатели РЭП должны допускать полуторакратную перегрузку в течение 1 мин. Для РЭП с механической передачей ИД должен быть рассчитан на минутную стоянку под током с нагретого состояния.

3. Основной РЭП должен обеспечивать перекладку руля от -35° до + 30° за 28 с Если максимальный угол перекладки меньше 35°, то время перекладки от –α_max до + (α_max - 5°) пропорционально уменьшается.

4. При ходе судна по курсу с наибольшей эксплуатационной скоростью в течение 1 ч привод должен выдерживать режим перекладок руля на угол, обеспечивающий 350 перекладок в час.

5. В режиме маневрирования РЭП должен при полной скорости хода обеспечивать для каждого агрегата непрерывную перекладку с борта на борт в течение 0,5 ч.

6. Должна быть обеспечена удовлетворительная работа РЭП при заднем ходе судна со средней скоростью.

7. Питание РЭП должно обеспечиваться по двум независимым фидерам, один из которых рекомендуется выводить из аварийного распределительного шита.

8. Зашита ЭД рулевого устройства должна быть только от коротких замыканий (при перегрузке включается сигнализация).

9. Пуск и остановка ЭД насосов, приводных двигателей в системе Г-Д предусматривается из двух мест-из румпельного отделения и из рулевой рубки. При этом должен обеспечиваться автоматический пуск при восстановлении напряжения после пере­рыва в питании.

10. На пассажирских судах, диаметр головки баллера руля которых превышает 230 мм, должен быть предусмотрен вспомогательный пост управления РЭП в кормовой части судна. Посты управления снабжаются дистанционными указателями положения пера руля-аксиометрами.

11. Для РЭП в рулевой рубке и у поста управления главными механизмами должна быть предусмотрена звуковая и световая сигнализация об исчезновении напряжения, обрыве фазы и перегрузке в цепи питания; об исчезновении напряжения в цепи питания системы управления; о минимальном уровне масла в цистерне.

Дистанционное управление рулем осуществляется со специального поста, расположенного в рулевой рубке. В непосредственной близости от поста размещают приборы контроля: аксиометр, репитер гирокомпаса, элементы сигнализации о работе РЭП, переключатели для ввода в действие основных и резервных звеньев привода и схемы управления.

В современных системах все основные контрольные приборы встраиваются в рулевой пост. 220

Управление рулевым устройством в зависимости от типа и системы РЭП осуществляется различно. По принципу управления рулевые электроприводы могут быть разделены на 3 группы: системы простого управления; системы следящего управления; системы автоматического управления.

В системах простого управления для перекладки руля требуется включение ЭД при помощи поста управления (штурвала, рукоятки или кнопки), который удерживается включенным до тех пор, пока руль не займет необходимое положение. Для возврата руля в прежнее положение ЭД реверсируют тем же способом. Положение руля определяется визуально по шкале рулевого указателя или аксиометра. В этой системе при перекладке руля в сторону от диаметральной плоскости и обратно следует осуществить 4 операции: перекладку рулевого поста в сторону, возврат его в среднее положение, перекладку в обратную сторону и возврат опять в среднее положение.

При следящем управлении положение пера руля после отработки соответствует положению штурвала управления. Разность положений в зависимости от знака определяет наличие сигнала управления и перекладку руля в сторону согласования. Иногда рассматриваемый принцип называют управлением по пути. Штурвал механи­чески связан со стрелкой, указывающей заданное положение руля. После отработки руль автоматически перекладывается на требуемый угол, что может быть проверено по аксиометру. В некоторых случаях указательные стрелки заданного и действительного положений руля работают на общую шкалу совмещенного аксиометра. Для перекладки руля к борту и обратно рулевому нужно совершить только 2 операции: переложить штурвал на нужный угол и вернуть его в нулевое положение. Управление РЭП по этой системе значительно проще и удобнее, требует меньшей затраты физических сил и внимания.

Автоматическое управление предполагает задание угла перекладки руля но определенной программе, разрабатываемой автоматически судовым счетно-вычислительным комплексом в зависимости от решаемых навигационных или иных задач. В настоящее время на транспортных судах применяют наиболее простые руле­вые автоматы, обеспечивающие автоматическую стабилизацию судна на заданном курсе. При меньших угловых отклонениях руля авторулевые точнее удерживают судно на курсе, что благодаря спрямлению линии движения сокращает проходимое расстояние на 2,5-3% по сравнению с ручным управлением. Уменьшение тормозного действия отклоненного руля способствует некоторому увеличению средней скорости судна.

Выполнение функций РЭП согласно изложенным выше принципам обеспечивается электрическими системами управления.

Вопрос

55. Системы управления и состав электрооборудования электроприводов (ЭП) подруливающих устройств. На судне устанавливают обычно 1-2 подруливающих устройства в носовой части с целью улучшения маневренных качеств. Однако на некоторых крупнотоннажных судах зарубежной постройки имеется по нескольку подруливающих устройств, расположенных по всей длине судна. Это дает большие преимущества, так как позволяет судам двигаться бортом, разворачиваться на месте, менять курс на малых ходах и

уменьшать радиус разворота. Подруливающие устройства создают поперечную тягу, необходимую при швартовках судна или маневрировании в узкости. Сила тяги создается движителями в качестве которых на судах используют гребные винты регули­руемого и фиксированного шага. Винты приводятся во вращение ЭД, мощность которых зависит от требуемой силы тяги (кН)

F = fLT,

где f- относительная тяга, значение которой определяется конкретно для судна в зависимости от требуемой маневренности. кН/м²; L- длинна судна между перпендикулярами, м: Т-осадка, м.

Если скорость истечения воды равна υ(м/с), то мощность, развиваемая подруливающим устройством. Р _п = Fυ, а мощность (кВт) электродвигателя

R_{д =} Eυ/(η_r η_m)

где η_r -гидравлический КПД движителя; η_m - КПД механической передачи.

В качестве ЭД для подруливающих устройств применяют АД с короткозамкнутым вял фазным ротором и двигатели постоянного тока (система Г-Д). Номинальная мощность ЭД даже при малых значениях составляет 5-10% мощности судовой электроустановки. По этому при использовании АД и работе их в условиях ограничен­ной мощности судовой электростанции необходимо применять, меры для уменьшения пускового тока. Пуск ЭД подруливающего устройства с винтом регулируемого шага для уменьшения пускового момента и тока всегда проводится при лопастях винта, установленных в пулевом положении. Одновременно во всех видах установок осуществляют токоограничивающие способы пуска путем пониженного напряжения, приложенного к статору, или введением резисторов в цепь АД с фазным ротором. В некоторых случаях для исключения колебания напряжения судовой сети ЭД подруливающего устройства получает питание от отдельного генератора. Изменение значения и направления силы тяги в ЭП с винтом регули­руемого шага достигается поворотом лопастей, а в приводах с винтом фиксированного шага-путем реверса ЭД и изменения частоты его вращения. Поворот лопастей винта регулируемого шага осуществляется гидравлическими механизмами, которые имеют электрическую систем) управления.

Рассмотрим систему управления ЭП подруливающего устройства с винтом фиксированного шага, установленного на судах смешан­ного плавания типа «Ладога» (рис. 124). В качестве приводного двигателя винта применен АД С фазным ротором мощностью 64 кВт. который имеет 2 основные скорости: 1060 об/мин при первом положении контроллера и 1465 об/мин-при втором положении. С помощью автоматического выключателя QF подключается схема управления и подается питание на блок терморезисторов реле КК. Оно срабатывает, замыкая свой замыкающий контакт в цепи катушки КTI и размыкая размыкающий контакт в цепи катушки KV2. Реле времени KTI размыкает контакты в цепи ревуна НА и сигнальной лампы HL и замыкает контакт в цепи катушки реле напряжения К VI. Управление ЭП осуществляется комаидоконтроллерами. Пуск ЭД можно провести, если рукоятки командоконтроллеров всех постов будут находиться в нулевом положении (на схеме показано управление только от одного контроллера и блокировочные цепи не изображены). Если аварийный выключатель ISA предварительно замкнуть, то при переводе рукоятки контроллера из нулевого положения в первое (при направлении, например, «Право») на какой-то период времени окажутся одновременно замкнутыми контакты контроллера SA1 и SA2 и в результате получит питание реле КVI. Включение этого реле обеспечивает нулевую блокировку ЭП.

В первом положении «Право» получает питание реле времени КТ2, которое при срабатывании включает реверсивный контактор КМ1 и ЭД начинает разгон с полностью введенным пусковым резистором (рис. 125, характеристика 1). Через замыкающий контакт KMI получает питание реле времени КТ4, включающее с выдержкой времени контактор КМЗ, и первая ступень пускового резистора в цепи ротора оказывается зашунтированной. Работе ЭД в первом положении контроллера соответствует механическая характеристика 2 (см. рис. 125). Через замыкающий контакт КМЗ контактора включается реле К 75, которое подготавливает цепь питания катушки реле КТ6.

Когда рукоятка командоконтроллера будет установлена во второе положение, то получит питание катушка реле КТ6. При срабатывании этого реле его замыкающий контакт замыкается мгновенно, а размыкающий контакт размыкается с выдержкой времени 3 с. В результате этого срабатывает контактор КМ4, который своими главными контактами шунтирует вторую ступень пускового резистора (характеристика 3). а замыкающим вспомогательным контактом подключает реле времени КТ7. Последовательное срабатывание реле времени КТ7, КТ8, КТ 9 и КТ10 вызывает поочередное срабатывание контакторов КМ5, КМ6, КМ7 и КМ8, в результате чего с выдержкой времени шунтируются пусковые резисторы и ротор ЭД ускоряется в соответствии с механическими характеристиками 4-7 (см. рис. 125).

При включении контактора КМ8 его замыкающий контакт шунтирует размыкающий контакт реле К Т 6. Размыкание этого контакта происходит позднее, так как выдержка времени этого реле, равная 3 с, будет больше, чем суммарное время срабатывания реле КТ7 (1 с), КТ8 (0,5 с), КТ9 (0,5 с), КТ10 (0,5 с). Таким образом, реле КТ6 осуществляет контроль срабатывания схемы. Если какая-либо из цепей не сработала, то вспомогательные контакты КМ8 не замкнутся, а разомкнувшиеся через 3 с размыкающие контакты КТ6 обесточат контактор КМ4, последовательно отключаются другие контакторы и ЭД переходит в режим, соответствующий механической характеристике 2.

Кроме нулевой защиты, осуществляемой реле К V1, предусмотрена также защита от перегрузок с помощью теплового реле К К. Тепловое реле выполнено с помощью трех терморезисторов, встро­енных в обмотку статора. В нормальных условиях реле КК, включенное через терморезисторы, срабатывает. В том случае, если температура обмоток ЭД превышает 120°С, замыкающий контакт в цепи катушки KTI размыкается, а размыкающий контакт в цепи катушки KV2 замыкается. Отключение реле времени KTI вызывает замыкание его контактов в цепи ревуна НА и сигнальной лампы HL, также начинается отсчет выдержки времени этого реле (10 с). Звуковой сигнал можно отключить нажатием на кнопку SB и принять меры к устранению перегрузки (переставить рукоятку в положение 1). Если в течение 10 с перегрузка не устранена, то размыкающий контакт КТ1 отключает реле К VI, благодаря чему ЭД отключается от сети.

При резком переводе рукоятки командоконтроллера с положения «Право» на положение «Лево» или наоборот переключение реверсивных контакторов KMI и КМ2 происходит с выдержкой времени, обеспечиваемой реле времени КТ2 и КТЗ, что уменьшает переключающие токи.

 

 

Вопрос