7. Urządzenia pomocnicze siłowni - małe i duże silniki.
Do rozruchu silników elektrycznych stosowane są rozruszniki. Przykładem takiego rozrusznika może być łącznik stopniowany z zestawem oporników, niektóre mogą zawierać przekaźnik nadmiarowo-prądowy działający przy przeciążeniu silnika. Do rozruchu silników asynchronicznych pierścieniowych stosuje się rozruszniki z trzema stykami segmentów oporników w trzech fazach wirnika.
Rozruszniki służą też do nastawiana prędkości obrotowej a ich oporniki utrzymują pracę ciągłą. Jednym z urządzeń pomocniczych siłowni okrętowej są wentylatory. W chwili rozruchu wentylatora muszą być pokonane opory tarcia skrzydeł wentylatora. Jest to około 10-20% momentu znamionowego. Moment oporowy wentylatorów promieniowych podczas rozruchu osiąga 30-50% Mz. Czas rozruchu wentylatora zależy od przebiegu wartości momentu silnika napędowego i momentu oporowego wentylatora. Rozruch wentylatora osiowego jest dłuższy od promieniowego. Przy zmianie prędkości obrotowej n wentylatora zmienia się równocześnie jego wydajność i pobór mocy. W instalacji prądu stałego do napędu wentylatorów stosujemy silniki bocznikowe lub szeregowo-bocznikowe. Gdy potrzebny zakres sterowania prędkością obrotową wentylatora jest niewielki (0,75÷1 nn) stosujemy silniki szeregowo-bocznikowe sterowane opornikami w obwodzie wirnika. Gdy potrzebny jest zakres prędkości obrotowej w granicach 0,5÷1 nn stosujemy silniki bocznikowe. W zakresie 1÷0,75 nn sterowanie odbywa się za pomocą zmiany prądu wzbudzenia, przy mniejszych prędkościach opornikami. W instalacjach prądu trójfazowego używa się silników klatkowych. Napęd wentylatorów wymagających ciągłego sterowania wydajnością w małym zakresie odbywa się za pomocą silnika pierścieniowego z opornikami w obwodzie wirnika. Do napędu bardzo dużych wentylatorów używa się czasami silników bocznikowych. W przypadku pomp ich rozruch powinien odbywać się (dla odśrodkowych) przy zamkniętym zaworze w przewodzie tłocznym. Do napędu pomp w instalacjach prądu stałego używamy silników bocznikowych lub szeregowo-bocznikowych. Do napędu pomp w instalacji prądu przemiennego stosowane są silniki asynchroniczne, najczęściej klatkowe. Do sterowania wydajnością można używać silników wielobiegowych. W praktyce większość pomp jest napędzana silnikami klatkowymi zwykłymi lub dwubiegowymi. Układ sterowania pracy pompy współpracuje z czujnikiem ciśnieniowym.
5. Awaryjne źródła napięcia.
Jednym z awaryjnych źródeł zasilania statku w przypadku awarii głównego systemu jest awaryjny zespół prądotwórczy wraz z awaryjną rozdzielnią znajdujący się możliwie wysoko nad linią wody. Ma to zapewnić zasilanie najważniejszych odbiorów nawet w przypadku zalania wodą części pomieszczeń znajdujących się poniżej. Ponieważ moc zespołu awaryjnego jest mniejsza od mocy głównych zespołów prądotwórczych zasila on najważniejsze odbiory takie jak: urządzenie sterowe, część oświetlenia, pompy ratunkowe, urządzenia radiowe. W czasie zwykłej pracy szyny rozdzielnicy awaryjnej zasilane są z rozdzielnicy głównej.
Schemat połączenia RA z RG
Układ jest zbudowany w taki sposób iż w przypadku zaniku napięcia na szynach RA przekaźnik podnapięciowy powoduje załączenie silnika elektrycznego rozruchowego. Silnik spalinowy załączy się i prądnica po wzbudzeniu zostanie załączona na szyny. Agregat awaryjny posiada kilka sposobów rozruchu. Jeżeli nie zostanie załączony w automacie istnieje możliwość uruchomienia silnika ręcznie z pomieszczeni agregatu awaryjnego poprzez skierowanie powietrza rozruchowego lub ręczne napełnienie zbiornika rozruchowego do odpowiedniego ciśnienia i rozruchu silnika. Wszystkie te rodzaje załączenia agregatu awaryjnego muszą być okresowo sprawdzane i próbowane. Kolejnym ze źródeł awaryjnego zasilania jest bateria akumulatorów posiadająca zgromadzony zapas energii, który ma umożliwić załodze ewakuacje (oświetla drogi ewakuacyjne) z pozbawionego energii agregatów statku. Akumulatory okrętowe muszą być odporne na wstrząs, przechyły statku, łatwe do wymiany. Baterie umieszcza się w skrzyniach drewnianych lub z tworzywa powleczonego specjalnymi farbami. Skrzynie umieszcza się w specjalnych pomieszczeniach dobrze wentylowanych. Trwałość akumulatorów mierzy się dopuszczalną ilością ładowań i wyładowań. W akumulatorach możemy rozróżnić sprawność elektryczną i energetyczną.
Sprawność elektryczna ηl=Lw*tw/It*tt.
Iw - prąd wyładaowań
It - prąd ładowań
tw - czas wyładowań
tt - czas ładowań
Sprawność energetyczna ηen = Ww/WT
Ww - energia wyładowania
WT - energia ładowania
Najczęściej spotykanymi rodzajami akumulatorów są akumulatory kwasowe i zasadowe. Akumulatory kwasowe mają większą sprawność energetyczną, mniejszą oporność wewnętrzną i są tańsze. Wymagają jednak (ze względu na groźbę zasiarczenia) troskliwej opieki. Akumulatory zasadowe są odporne na wstrząsy, wibracje, zwarcia i pozostawienie bez ładowania. Baterie akumulatorów zasadowych o tej samej pojemności (kWh) jest lżejsza i mniejsza od kwasowej ale droższa.
Zależność napięcia od czasu wyładowania dla akumulatora kwasowego.
Zależność u=f(t) dla akumulatora zasadowego.
6. Zabezpieczenia obwodów ogólnych i maszynowych.
Zabezpieczenia obwodów od zwarcia i przeciążeń są powszechnie realizowane na odcinku od rozdzielnic i skrzynek rozdzielczych Zabezpieczenia powinny być tak dobrane, aby tworzyły układ wybiórczy. Określone przepisy pozwalają stosować bezpieczniki jako zabezpieczenia przeciążeniowe gdy prąd w obwodzie jest ≤300A. W obwodach trójfazowych przepalenie bezpiecznika jednej fazy musi odłączać obwód. Silnik o mocy P>0,5 kW powinny być zabezpieczone indywidualnie od zwarć i przeciążeń. Silniki uruchamiane za pomocą urządzeń rozruchowych powinny być wyposażone w zabezpieczenia podnapięciowe. Zabezpieczenia podnapięciowe silników powinny działać przy U ≤ 20%Un. Ponowne załączenie silników może odbyć się tylko z początkowego położenia urządzeń rozruchowych i przy U ≥ 85%Un. Zabezpieczenia silników powinny zezwalać na rozruch silnika oraz przepływ prądu przeciążenia nie mniejszego niż 105% i nie większego od 120% znamionowego prądu silnika chronionego przez nieograniczony przebieg czasu.
Dobór zabezpieczenia nadprądowego silnika klatkowego.
Charakterystyka cieplna silnika
Charakterystyka bezpiecznika
Charakterystyka przekaźnika bimetalowego
Krzywa Iż=f(t) przebiegu rozruchu.
Transformatory zabezpiecza się po stronie pierwotnej przed zwarciami i przeciążeniami. Awaryjne baterie akumulatorów powinny mieć tylko zabezpieczenia zwarciowe.
Schemat zabezpieczenia różnicowego.
1,2 - przekładniki
3 - element zabezpieczany
4 - przekaźnik różnicowy
9. Chłodzenie prowiantowe - sterowanie.
W urządzeniach chłodniczych pracują wentylatory, sprężarki i pompy. Chłodnicze sprężarki wymagają pobrania odpowiednich silników, które charakteryzują się niewielkimi zmianami prędkości obrotowej przy wzroście obciążenia i dużym momencie rozruchowym. Wentylator urządzenia chłodniczego (sieci prądu przemiennego) napędzany jest najczęściej silnikami klatkowymi jedno lub wielobiegowymi. W wypadku zasilania prądem stałym są to silniki bocznikowe. Załączenie silników sprężarek odbywa się w automacie czujnikiem temperatury. Pomiar temperatury odbywa się za pomocą termometrów oporowych. Można przez to uzyskać dobrą dokładność pomiaru do około 0,05°C w zakresach (od -5 do +15°C). Wartość zadanej temperatury utrzymuje regulator automatyczny. Przetwarza ją w postać napięcia potencjometru. Nastawy potencjometru pozwalają uzyskać bardzo wysokiej dokładności regulację temperatury nawet do 1% około 0,01°C w pewnym zakresie pomiarowym. W celu utrzymania możliwie małych wahań temperatury dąży się do utrzymani możliwie krótkich czasów cyklu. Skalowanie i kontrola chłodni odbywa się z tablicy sterowniczej. Są tam: amperomierz sprężarki, amperomierz wentylatora oraz wskaźniki temperatury dla wartości zadanej i rzeczywistej. Znajdują się tam również urządzenia alarmowe działające w wyniku nadmiernego wzrostu temperatury.
Schemat blokowy urządzenia regulacji chłodni.
SP - sprężarka podstawowa
SS - sprężarka szczytu
OT - opornik termometryczny
TT - przetwornik
Tz,Tr - temperatura zadana i rzeczywista
1R - regulator urządzenia chłodniczego
UL - układ logiczny do załączania
sprężarki szczytowej
UR - układ regulacyjny
PDN - układ sterowania sprężarką
podstawową
Z - zasilanie prądu stałego
1. Elektrownie główne i awaryjne - prądnice: typy, moce.
Elektrownie okrętowe możemy podzielić na :
ogólnego przeznaczenia
zasilające napęd główny
awaryjne
Pierwszy typ elektrowni znajduje się na każdym statku a ich moc związana jest ściśle z rodzajem i wielkością statku. Elektrownie napędu głównego znajdują się tam gdzie napęd główny stanowią silniki elektryczne. Elektrownie awaryjne są montowane obecnie na wszystkich statkach, znajdują się w oddzielnych pomieszczeniach możliwie wysoko nad poziomem wody. Pomieszczenia generatorów powinny być w miarę możliwości wietrzone, nie mogą znajdować się tam gazy palne, powinny być oddalone od kompasów magnetycznych. Do wytwarzania i przekształcania energii elektrycznej służą zespoły prądotwórcze, transformatory, przetwornice i akumulatory. Do napędu prądnic stosuje się: silniki turbiny parowej, spalinowe silniki wysokoprężne, turbiny spalinowe lub wał SG. Silniki napędowe prądnic powinny utrzymywać stałą prędkość obrotową przy różnych obciążeniach. Do realizacji tego zadania stosowane są np. regulatory odśrodkowe (jednozakresowe). Właściwości regulacji silników napędowych określa się stopniem jednostajności regulatora i stopniem nieczułości regulatora. Własności prądnic obrazują charakterystyki:
biegu jałowego (krzywa zależności siły elektromagnetycznej od prądu wzbudzenia przy n=const.)
charakterystyka wew. (zależność siły elektromagnetycznej od prądu obciążenia przy n=const.)
charakterystyka zew. (zależność napięcia U od prądu obciążenia przy Im=const. i n=const.)
Do wytwarzania prądu stałego stosowane są prądnice obcowzbudne, samowzbudne; te drugie dzielimy na bocznikowe, szeregowe lub szeregowo-bocznikowe. W elektrotechnice okrętowej stosuje się też prądnice synchroniczne obecnie często samowzbudne z prostownikami półprzewodnikowymi.
Przykładowe charakterystyki zewnętrzne i regulacyjne prądnicy synchronicznej.
Prądnice prądu przemiennego synchroniczne, podobnie jak i prądnice prądu stałego, mogą być wykonane jako samowzbudne. Ze względu na niekorzystną charakterystykę zew. Wymagane jest stosowanie urządzeń stabilizujących napięcie.
Schemat połączeń synchronicznej prądnicy samowzbudnej.
Dla zaprojektowania elektrowni statkowej musimy posłużyć się bilansem energetycznym uwzględniającym wszystkie grupy urządzeń statku i warianty pracy w różnych warunkach i współczynnik równoczesności.
2.Pradnice wałowe.
Prądnice wałowe napędzane są z SG za pośrednictwem przekładni - najczęściej zębatej. Duże prądnice wałowe buduje się w osi SG po przeciwnej stronie niż wał śrubowy. Buduje się tak aby uszkodzenie prądnicy nie zagrażało SG. Prądnice wałowe zasilają sieć okrętową tylko w czasie podróży statku, w innych przypadkach pracują zespoły pomocnicze. Zaletą stosowania prądnic wałowych jest duża sprawność ogólna, a więc niski koszt uzyskania energii. Trudność w wykorzystaniu prądnic wałowych spowodowana jest nierównomiernością pracy SG. W warunkach awaryjnych lub gdy trzeba zatrzymać silnik nie możemy pozbawić statku energii elektrycznej. W przypadku gdy w sieci okrętowej mamy do czynienia z prądem stałym musimy zająć się stabilizacją napięcia (f=0).
Przykładowy schemat połączeń prądnicy wałowej synchronicznej zasilającej instalację prądu stałego.
Prądnica zaopatrzona jest w automatyczny regulator napięcia i wyłącznik samoczynny z zabezpieczeniem zwrotno-prądowym. Układ taki stosowany jest do napięć nie przekraczających od 12 do 24V. Trudniejszą do realizacji jest współpraca (praca równoległa) prądnicy wałowej i zespołów pomocniczych co spowodowane jest brakiem regulatorów w prądnicach szeregowo-bocznikowych. Problem ten rozwiązało stosowane prostowanie prądu prądnicy wałowej wytwarzającej napięcie przemienne. Przy pracy równoległej z siecią prądnica wałowa musi być tak regulowana aby niezależnie od zmian prędkości obrotowej do sieci okrętowej oddawana była stała wartość prądu. Realizuje się ten warunek regulatorami prądu. Rozwiązanie konstrukcyjne w sieciach prądu przemiennego jest trudniejsze ponieważ zmiana prędkości powoduje zmianę częstotliwości i napięcia wytworzonego przez prądnicę wałową. Układ stabilizacyjny powinien oprócz zapewnienia prawidłowej pracy prądnicy wałowej zapewnić dużą prędkość regulacji, aby przy wynurzeniu śruby z wody nie dopuścić do zmian napięcia lub częstotliwości. Powinien też bez przerwy w ruchu umożliwić przechodzenie z prądnic pomocniczych na wałowe i odwrotnie. Pomocne w realizacji tego typu rozwiązań okazały się półprzewodniki. Istnieje bowiem możliwość zbudowania falownika, który bezpośrednio przetwarza prąd stały na przemienny o stałej częstotliwości i napięciu a także dostarcza potrzebną moc czynną i bierną. Falownik tyrystorowy sterowany częstotliwością sieci okrętowej pracuje przy stałym koncie zapłonu (nie potrzebuje sterowania i regulacji).
Schemat układu prądnic wałowych.
4. Główne i awaryjne tablice rozdzielcze - połączenia, praca, zasilanie urządzeń.
W układzie energo-elektrycznym statku rozdział energii elektrycznej odbywa się za pomocą tablic rozdzielczych. W skład takiego urządzenia wchodzą: szyny, łączniki, bezpieczniki, przekładniki, układy regulacji napięcia, urządzenia sterowania i sygnalizacji, mierniki itp. Przykładem takiej rozdzielnicy może być rozdzielnica prądu stałego z centralnym rozdziałem energii. W zależności od ilości pól prądnic i pól odbiorów może być dość skomplikowana. Możemy dysponować np. trzema prądnicami z zabezpieczeniem w układzie Meyera. Prądnice włączone są za pomocą trójbiegunowych wyłączników samoczynnych na wspólne szyny. Wyłączniki natomiast posiadają wyzwalacze zwarciowe, przekaźniki na prąd zwrotny, przekaźniki nadmiarowe działające za pośrednictwem przekaźników zwłocznych na wyzwalacz napięciowy wyłącznika samoczynnego prądnicy i dodatkowe przekaźniki nadmiarowe (układ przy przeciążeniu odłącza mniej ważne odbiory). Każda prądnica ma poza tym nastawnik napięcia, woltomierz, amperomierz oraz dwie żarówki kontrolne włączane (zapalające się) gdy prądnica jest wzbudzona ale nie załączona na szyny i gdy jest załączona na szyny. Odbiory podzielone są na dwie grupy - odbiory ważne połączone bezpośrednio na szyny i odbiory mniej ważne. Odbiory ważne to na przykład: ważne pompy, rozdzielnica awaryjna, chłodnia, urządzenia sterowe, pozostałe odbiory w grupie mniej ważnych. Odbiory mniejszych mocy zabezpieczane są bezpiecznikami topikowymi i łącznikami warstwowymi. Odbiory większych mocy (w przybliżeniu 200A) mają wyłączniki samoczynne. Znajduje się również urządzenie kontrolne stanu izolacji. Rozdzielnice awaryjne zasilają tylko niewielką część wszystkich odbiorów np. urządzenia sterowe, część oświetlenia, pompy odwadniające, urządzenia łączności. Podczas normalnej pracy szyny RA są zasilane z rozdzielnicy głównej.
Schemat ideowy rozdzielnicy awaryjnej.
Do napędu prądnicy awaryjnej 4 użyto układ samoczynnego rozruchu silnika spalinowego napędzającego prądnicę awaryjną. Blokada elektryczna uniemożliwia jednoczesną pracę prądnicy awaryjnej z głównymi. Z chwilą gdy nastąpi brak napięcia na szynach RA przekaźnik nadnapięciowy 1 załączy się co spowoduje wystartowanie silnika rozruchowego 2. Silnik spalinowy 3 uruchomi się. Prądnica 4 zaczyna się obracać, wzbudzi się do napięcia znamionowego i stycznik 5 włączy ją na szyny. Odłączenie się od szyn prądnicy nastąpi po naciśnięciu przycisku 6. Gdy prądnica jest odłączona, a na obwodzie zasilania RA z RG jest napięcie, to stycznik 7 zostaje załączony samoczynnie.
3.Współpraca prądnic synchronicznych i ich zabezpieczenia.
Równoległa praca prądnic synchronicznych jest możliwa w przypadku gdy istnieje pełna ich synchronizacja ( sinusoidy obu SEM wzajemnie się nakładają). Warunek ten wymaga zachowania zgodności częstotliwości, zgodności kolejności faz, równości napięć indukowanych oraz jednakowego kąta fazowego. Zgodność kolejności podłączenia faz jest wymogiem konstrukcyjnym sprawdzanym tylko po pierwszym podłączeniu lub większym remoncie. Inne warunki muszą być sprawdzane i przestrzegane jednorazowo najczęściej spotykanymi metodami synchronizacji są: - synchr na ciemno
- synch na jasno ( rzadko stosowana)
- synch na wirujące światło
- synch za pomocą synchroskopu (np. elektromagnetycznego)
Schemat połączeń żarówek do synch na ciemno i wykres wskazowy
Schemat połączeń lamp przy synch na wirujące światło
Schemat postępowania przy synchronizacji dokładnej:
Uruchamiamy silnik napędowy prądnicy, regulujemy prędkość aby częstotliwość napięcia była bliska częstotliwości na szynach.
Sprawdzamy wartość skuteczną napięć indukowanych przez prądnicę z napięciem na szynach (regulacja przez zmianę prądu wzbudzenia).
Obserwujemy żarówki lub synchroskop i w chwili gdy różnica napięć pomiędzy fazami i szynami jest najmniejsza załączamy prądnicę.
Ponieważ wymagana jest duża niezawodność dostaw energii na statku prądnice zabezpiecza się regulatorem zabezpieczeń w przypadku przeciążenia lub zwarcia. Pierwszym takim zabezpieczeniem jest układ sygnalizacyjno-alarmowy (dźwiękowo-wizualny) włączający się gdy prądnica osiągnie 90% obciążenia. Mamy wówczas czas na załączenie drugiej lub zmniejszenie obciążenia. Drugim z ważnych zabezpieczeń jest powszechnie stosowany układ Meyera, działający w ten sposób iż w przypadku nagłego wzrostu zapotrzebowani na energię aby nie zniszczyć prądnicy odłącza mniej ważne odbiory (klimatyzacje, TV, itp.) a odbiory najważniejsze zasilane są bezpośrednio z szyn. Pozostałe załączane są za pomocą wyłączników samoczynnych. Każda z prądnic ma tyle przekaźników nadmiarowo zwłocznych, ile jest grup odbiorów. Istnieje również zabezpieczenie zwarciowe w przypadku awarii zwarcia dwóch lub trzech faz ze sobą. Jest zabezpieczenie szybkie, bezzwłoczne mające za zadanie uchronienie prądnicy przed uszkodzeniem. W przypadku występowania przekaźników czasowych, o czasie na który się je nastawia decyduje, w zależności od grup odbiorów, towarzystwo klasyfikacyjne.
8. Wirówki paliwa i oleju - sterowanie.
Wirówki podczas pracy charakteryzuje niewielki pobór mocy w czasie normalnej pracy, a dużym poborem mocy przy trudnym rozruchu. Potrzebny do rozruchu moment napędowy jest duży co wynika z dużego momentu zamachowego wirówki. Czas rozruchu jest długi. Podczas rozruchu następuje silne nagrzanie się silnika. Stosowane silniki klatkowe posiadają więc powiększoną pojemność cieplną. Niekorzystne jest stosować pod tym względem dwuklatkowe. Dla skrócenia czasu pracy silnika przy zmniejszonej prędkości obrotowej, do wirówek napędzanych silnikiem klatkowym oraz prądu stałego stosuje się sprzęgła odśrodkowe.
Przebieg rozruchu silnika wirówki przy użyciu sprzęgła odśrodkowego
Charakterystyka mechaniczna
Charakterystyka sprzęgła
Charakterystyka mechaniczna wirówki
C - punkt pracy znamionowej wirówki.
Po „wystartowaniu” silnika rusza on z momentem rozruchowym Mr. Gdy n=0 sprzęgło nie przenosi żadnego momentu, silnik rusza na biegu jałowym. Prędkość obrotowa silnika szybko rośnie i w miarę jej wzrostu rośnie moment obrotowy przenoszony przez sprzęgło. Moment jest jednak niewystarczający aby ruszyć wirówkę. Następuje wówczas rozruch silnika aż do takiej wartości by sprzęgło mogło ruszyć wirówkę.
Wykres przebiegu prędkości obrotowej silnika i wirówki w czasie rozruchu.
Przy napędzie wirówki silnikiem klatkowym ze sprzęgłem odśrodkowym stosuje się rozruch bezpośredni. W wypadku silników prądu stałego musimy zastosować zwykły rozrusznik ręczny lub automatyczny.
10. Windy kotwiczne, wodziowe, cumownicze.
W układach prądu stałego do napędu wyciągarek stosuje się silniki szeregowo-bocznikowe, a niekiedy silniki bocznikowe. Najczęściej spotyka się pięć stopni rozruchowo-nastawczych w obie strony. W momencie podnoszenia silnik ma normalnie wyłączone uzwojenie wzbudzenia, a na pierwszych stopniach włączone są oporniki służące do rozruchu oraz nastawiania prędkości obrotowej. Na statkach z prądem przemiennym spotyka się wyciągarki z układem Ward-Leonard oraz z silnikami klatkowymi wielobiegowymi (najczęściej trójbiegowymi ze stycznikami). Mniejsza masa i wymiary przemawiają za stosowaniem silników wielobiegowych (dla mocy 38kW ≈ 1200kG). Wyciągarki w układzie W-L uzyskują większe wydajności. Jeżeli chodzi o zapotrzebowanie na moc to z doświadczenia można określić iż przy pracy 16 wyciągarek w układzie W-L wystarcza jedna prądnica 300kVA a w przypadku wyciągarek z silnikami wielobiegowymi ta sama prądnica nie podoła pracy 6 wyciągarek. Przykładem wyciągarki cumowniczej może być wyciągarka firmySCHARFFE. Napędzana jest przez silnik klatkowy trójbiegowy
(32 - 8 - 4) o mocach 5/25/50 KM. Pracuje w układzie stycznikowym. Dodatkowo wyposażona jest w regulator mechaniczny. W każdej chwili istnieje możliwość przejścia ze sterowania automatycznego na ręczne. Układ zarazem ma sygnalizacje alarmową (przy przekroczeniu naciągu dopuszczalnego liny). Istnieje również możliwość zdalnego uruchomienia wyciągarki gdy w razie potrzeby trzeba szybko wydać linę. Naciąg w linach kontrolowany jest pomiarem napięcia i prądu silnika. Układy elektryczne wyciągarek klatkowych można pogrupować w następujący sposób:
Z silnikiem prądu stałego
nastawnikowe
stycznikowe
Z silnikiem zasilanym nastawionym napięciem
z prądnicą dodawczą
układ Ward-Leonard
układy tyrystorowe
Wyciągarki elektrohydrauliczne
W układach stycznikowych stosuje się grupy zabezpieczeń - przed zbyt szybkim przechodzeniem kolejnych stopni rozruchowych; przed zbyt szybkim nawrotem; zabezpieczenie prądowe; mocy maksymalnej; oraz napięciowo-zanikowe. Do napędu wyciągarek kotwicznych w układach prądu przemiennego stosuje się silniki asynchroniczne (dla 40 do 45kW) klatkowe dwu lub trójbiegowe. Czasami silniki pierścieniowe z opornikami dającymi poślizg 12 do 50%.
Charakterystyka mechaniczna wyciągarki kotwicznej z silnikiem trójbiegowym.
_____________ praca
_ _ _ _ _ _ _ _ _ rozruch
11. Stery główne i stery aktywne - sterowanie.
Elektryczne urządzenie sterowe składa się z:
układu sterowania pracą steru
silnika elektrycznego
przekładni (silnik - ster)
steru
Możemy spotkać się z napędem steru za pośrednictwem:
kwadratu sterowego
przekładni ślimakowej i zębatej
przekładni śrubowej
napędu elektrohydraulicznego.
Obecnie najczęściej stosowana jest ta ostatnia ze względu na dobrą sprawność, małe wymiary i ciężar urządzeń sterowych. W skład urządzeń sterowych z przekładnią hydrauliczną wchodzą:
pompa wysokociśnieniowa
przewody wysokiego ciśnienia
elektrohydrauliczna maszyna sterowa ze sterownicą połączoną z piórem steru
urządzenie sterownicze pompy.
Zasadę pracy maszyny sterowniczej nurnikowej przedstawia schemat:
Ze względu na sposób zasilania silnika napędowego steru lub silnika nastawnego w wypadku sterów elektrohydraulicznych układy elektryczne możemy podzielić na:
z silnikiem zasilanym z sieci okrętowej (bezpośrednio)
z silnikiem zasilanym z układu Ward-Leonard
z silnikiem zasilanym z przekształtnika tyrystorowego
W celu zwiększenia pewności pracy elektryczne urządzenia sterowe posiadają kilka niezawodnych układów sterowania. Przykładem steru aktywnego może być ster PLEUGERA. Składa się ze steru biernego w który wbudowany jest silnik elektryczny o mocy 5 do 10% mocy śruby napędowej. Pióro steru normalnego nachylone zazwyczaj 30 do 35° na każdą burtę - w tym urządzeniu może wychylić się do 90°. Ster przekładany jest z burty na burtę (kąt 180°) w czasie około 30s. Śruba steru aktywnego może też napędzać statek, który porusza się z niewielką prędkością lecz ma dobre własności manewrowe. Silnik steru zasilany jest zwykle prądem trójfazowym o nastawnej częstotliwości.
Charakterystyka silnika klatkowego do napędu steru aktywnego.
12. Napęd główny statku - sterowanie silnika AC i DC
Stosowane na niektórych jednostkach napędu elektrycznego mimo mniejszej sprawności ma szereg zalet:
przykładowo napęd ten pomaga zastosować szybkobieżne silniki napędowe prądnic przy małych prędkościach śruby (staje się przekładnią o dużej sprawności)
dużo łatwiej zmienić kierunek obrotowy śruby
łatwiejsze jest manewrowanie
stosuje się mniejsze układy urządzeń pomocniczych (mniejsze sprężarki, butle powietrza)
mamy możliwość korzystnego rozmieszczenia maszyn napędowych
mamy możliwość dokładniejszej kontroli mocy przyrządami pomocniczymi itp.
W przypadku napędów głównych w postaci układu prądu stałego możemy się spotkać z napędami zasilanymi z akumulatorów (małe jednostki); napędami mieszanymi (akumulatory i zespoły prądotwórcze) oraz napędami najczęściej stosowanymi spalinowo-elektrycznymi. Statkami na których instaluje się tego typu napędy są: holowniki, traulery, pogłębiarki, lodołamacze, dźwigi pływające, statki ratownictwa pożarowego itp. Statki te oprócz napędu głównego posiadają inne napędy dużej mocy lub wymagają dobrej manewrowości. Napęd spalinowo-elektryczny nie przekracza przeważnie mocy 3500kW (z wyjątkiem lodołamaczy). Zaletą stosowania tego napędu jest płynne sterowanie prędkością obrotową śruby i pełnego wykorzystania mocy zespołów prądotwórczych. Napędy spalinowo-elektryczne prądu stałego wykorzystywane są jako układy Ward-Leonard lub jako układy o stałym natężeniu prądu. Nowoczesne układy W-L posiadają charakterystyki mechaniczne tak dobrane aby w szerokim zakresie były charakterystykami stałej mocy. Przykładowy sposób łączenia prądnic i silników w układzie W-L dla połączenia szeregowego przedstawia schemat:
Napęd główny silników prądem przemiennym stosuje się na dużych frachtowcach, zbiornikowcach, statkach pasażerskich - gdzie przenosimy duże moce. Maszyny prądu przemiennego są bezkomutatorowe a więc możemy stosować wyższe napięcia niż w silnikach prądu stałego nawet wartości 8kV. Daje to korzyści ekonomicznej konstrukcji maszyn, oszczędność ciężaru kabli i aparatury napędowej. Stosowane są najczęściej silniki asynchroniczne np. pierścieniowe ponieważ wykorzystują maksymalny moment przy różnych prędkościach obrotowych. W przypadku silnika synchronicznego zawierającego klatkę rozruchową w czasie rozruchu i nawrotu pracuje jako silnik klatkowy z nie zasilanym uzwojeniem wzbudzenia. Zmiana prędkości śruby napędowej dokonywana jest (dla prądu przemiennego) przez zmianę prędkości obrotowej silników napędzanych prądnic. Nastawienia prędkości śruby w zakresie 100 do 50%ηn można ustalić zmianę częstotliwości a poniżej tej prędkości zmianę poślizgu (zmieniamy wzbudzenie prądnicy). Dla wytworzenia stateczności pracy układ napędowy przy wzroście obciążenia powinien mieć dużą przeciążalność statyczną a przy nagłych zmianach obciążenia dostateczną stateczność dynamiczną.