Tổng quan trang bị điện tàu 700TEU, đi sâu nghiên cứu tính toán công suất động cơ thực hiện truyền động điện neo

ệ Sơ đồ điều khiển động cơ lai bơm thuỷ lực hệ thống lái tàu 700TEU không có bảo vệ không do vây khi mất điện mà có điện trở lại thì động cơ lai bơm thuỷ lực sẽ được khởi động lại ngay phục vụ cho công việc bẻ lái tàu .Bảo vệ ngắn mạch bằng các cầu chì . +Các tín hiệu báo động -Báo động mất nguồn : Khi bị mất nguồn thì rơ le K10 mất điện .Tiếp điêm K10(2.6) mở ra có tín hiệu gưi tới khối (alarm unit) báo động mất nguồn . -Báo động động cơ thực hiện bị quá tải :Thì tiếp điểm phụ của rơ le nhiệt F2(2.5) mở ra cấp tín hiệu để khối (alarm unit) báo động cơ thực hiện bị quá tải . -Báo động mất pha: Khi bị mất pha thì tiếp điểm của cảm biến mất pha F1 Sẽ mở ra gửi tín hiệu đến khối (alarm uint) báo động mất pha -Báo động mất nguồn điều khiển (mất nguồn bộ điều khiển van): Khi mất nguồn thi thì tiếp điểm U1(2.6) đóng lại và tiếp điểm K11(1.5) mở ra gửi tín hiệu đến khối (alarm uint) báo động. -Báo động mức dầu thuỷ lực thấp tín hiệu mức dầu thuỷ lực được lấy từ (level alarm switches) trong két chứa dầu thuỷ lực tín hiệu này được đưa tới khối (alarm unit ) để báo động . PHẦN II ĐI SÂU NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ THỰC HIỆN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN NEO TÀU 700TEU CHƯƠNG IV HỆ THỐNG NEO TÀU THỦY 4.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG NEO TÀU THỦY 4.1.1 Chức năng của hệ thống neo tàu thủy Neo được xếp vào nhóm máy phụ quan trọng trên tàu, giữ an toàn cho tàu, có vai trò trực tiếp trong vận hành và khai thác con tàu. Neo đôi khi được coi như biểu tượng của tàu thủy gắn liền với những chuyến ra khơi hay trở về bình yên của mỗi con tàu. Về cơ bản hệ thống neo có những chức năng như sau: +Giữ con tàu cố định tương đối trong vị trí neo đậu. Vị trí có thể là trong cầu cảng hoặc ngoài khơi…. +Hỗ trợ tàu trong quá trình điều động: -Dùng neo để quay trở tàu trong luồng hẹp, khi ra vào cảng. -Dùng neo để dừng tàu khi tàu có trớn. +Neo tăng quán tính của tàu khi đi trong gió bão nên giúp con tàu ổn định hơn. +Động cơ quấn neo được dùng làm động cơ tời cáp có tác dụng thu thả cáp khi tàu ra vào cảng hoặc được lai dắt. Đôi khi ta gọi là động cơ tời neo- tời quấn dây. Với chức năng đặc biệt quan trọng đối với an toàn, vận hành, khai thác của con tàu như vậy mà nghiên cứu tính toán về hệ thống neo cũng trở nên quan trọng không kém. 4.1.2 Những yêu cầu đặt ra với hệ thống neo tàu thủy. Chính do những vai trò mang tính cấp thiết của hệ thống neo mà hệ thống này cũng có những yêu cầu phải được đảm bảo. Ngoài yêu cầu khả năng hoạt động được trong mọi điều kiện thời tiêt, trạng thái mặt biển với những thông số kỹ thuật đã đặt ra, hệ thống neo phải bền bỉ với tác động hóa học của nước biển… thì hệ thống này cần đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau. Yêu cầu về tốc độ và thời gian thu thả neo *Tốc độ thu thả neo -Tốc độ thu xích neo trung bình Vtb ≤ 10m/ phút. -Tốc độ đưa neo vào lỗ là V ≤7 m/ phút. - Tốc độ thu dây cáp ứng với tải định mức là 18 m/ phút. -Tốc độ thu thả cáp chung V ≥ 25 m/ phút - Những tình huống khác như lúc tốc độ động cơ bị giảm hoặc động cơ bị dừng dưới điện dưới 1 phút thì cần hệ thống neo đảm bảo lực kéo neo cần thiết -Hệ thống truyền động điện neo cần có 1 phạm vi điều chỉnh từ tốc độ thu neo trung bình đến tốc độ đưa neo vào lỗ, tức là có phạm vi điều chỉnh tương đối rộng bởi vì quá trình thu thả neo diễn ra theo những giai đoạn khác nhau và ở mỗi giai đoạn cần có tốc độ thu thả khác nhau. *Thời gian thu thả neo Với 1 neo được thả ở 1 đọ sâu định mức thì thời gian thu thả neo không quá 30 phút. Thời gian kéo dài vừa không đảm bảo hành trình của tàu vừa gây ra quá nhiệt cho động cơ thực hiện, ngược lại thời gian quá nhanh vừa mất tính chính xác vừa gây quá tải cho động cơ thực hiện. b) Yêu cầu đối với động cơ thực hiện -Động cơ thực hiện có thể được khởi động với toàn bộ phụ tải của hệ thống. Tức là : M kđ = 2Mđm -Mômen khởi động lớn hơn 2 lần mômen khởi động trên đĩa hình sao. -Động cơ có thể dừng dưới điện 30s sau khi đã công tác định mức. c) Những yêu cầu khác đối với hệ thống neo -Có khả năng hạn chế được sự dao động của dòng điện khi tải thay đổi, không gây ra xung dòng điện tại thởi điểm bắt đầu đưa hệ thống vào làm việc. -Phải có phanh để đảm bảo khả năng giữ cố định được neo và xích neo khi hệ thống đột ngột mất điện. -Động cơ thực hiện phải được chế tạo dưới dạng kín nước, chống nổ. -Hệ thống điều khiển phải gọn gàng đơn giản dễ dàng và tin cậy trong vận hành. -Phải đảm bảo thu thả neo an toàn. -Thuận tiện trong lắp ráp, vận hành, thay thế sửa chữa, gọn nhẹ chắc chắn. -Thiết bị cấu thành có tính kinh tế cao. -Thiết kế toàn hệ thống sao cho không gây ra dao động đến lưới điện đặc biệt là khi khởi động, khi thu neo tại góc nhổ neo 900. 4.1.3 Phân loại neo tàu thủy. Neo tàu thủy được phân loại theo hình dáng neo bao gồm: neo có thanh ngang, neo không có thanh ngang, neo móc. a) Neo có thanh ngang Loại neo này có đặc điểm là lực bám vào bùn khá lớn, cỡ 6 đến 8 lần trọng lượng neo. Cấu tạo phức tạp nhất trong 3 loại neo đã giới thiệu. Loại neo này bám vào bùn dễ dàng tuy nhiên có nhược điểm là khó khăn khi đưa neo vào lỗ và có thể gây hư hỏng vỏ tàu khi thả neo ở chỗ nước cạn. b) Neo không có thanh ngang Loại neo này có cấu tạo đơn giản dễ bám bùn, dễ thu thả tuy nhiên lực giữ neo lại nhỏ, thường dùng cho tàu trọng tải trung bình và nhỏ. c) Neo móc Là loại neo chỉ dùng cho tàu nhỏ, hiện nay rất ít phổ biến. 4.1.4 Cấu tạo hệ thống neo tàu thủy Hệ thống neo tàu thủy là hệ thống truyền động điện-cơ khí, bao gồm neo, xích neo, động cơ thực hiện, thiết bị điều khiển và 1 số phần tử khác trong cơ cấu truyền động. a) Neo Neo là bộ phận có vai trò quan trọng nhất trong ý nghĩa của hệ thống neo, nhiệm vụ của nó là cắm sâu vào bùn đáy để giữ cố định con tàu theo yêu cầu điều động, đảm bảo lực căng cần thiết. Cấu tạo mũi neo đa dạng như đã trình bày trong phân loại neo, về cơ bản mũi neo phải dễ dàng bám sâu được vào bùn đáy để neo giữ con tàu nhưng vẫn không quá khó khăn trong việc thu neo. b) Xích neo Xích neo là xích có kích thước lớn làm bằng thép có độ bền cao, nhiệm vụ truyền lực từ động cơ thực hiện đến mũi neo. Hệ thống xích neo được chia làm nhiều đường, mỗi đường có chiều dài từ 20-25m. Việc cấu tạo của xích neo như thế giúp tăng độ bền từ 5-6 lần so với dây cáp và thuận tiện cho việc xếp xích neo vào hầm chứa. Xích neo cũng có nhiều thông số quan trọng cần nghiên cứu như : chiều dài xích neo, đường kính xích neo, trọng lượng xích neo, trọng lượng 1m xích neo… c) Động cơ thực hiện Trong truyền động điện neo người ta thường sử dụng các loại động cơ điện sau: -Động cơ 1 chiều kích từ hỗn hợp: loại này có ưu điểm là khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng, khả năng chịu quá tải tốt, kết hợp được ưu điểm của cả động cơ 1 chiều kích từ song song và độc lập nhưng không thuận tiện trong việc cấp nguồn, khối lượng lớn… -Động cơ dị bộ rôto dây quấn : loại động cơ này rất hay được dùng, việc cấp nguồn từ trạm phát là đơn giản, thường được áp dụng phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở phụ mạch rôto, để tăng dần tốc độ phải ngắt dần điện trở phụ mạch rôto. Loại động cơ này có phạm vi điều chỉnh tốc độ rất rộng, khả năng điều chỉnh láng ( có nhiều cấp tốc độ ). Tuy nhiên nhược điểm của loại này là gây tổn hao lớn trong điều chỉnh do có thêm tổn hao phát sinh trên điện trở phụ, mặt khác việc tạo tốc độ cao khó do vậy trên thực tế người ta chế tạo loại động cơ đặc biệt mà rôto có 2 chức năng, một làm việc như 1 rôto lồng sóc riêng rẽ, một làm việc như 1 rôto dây quấn. Hình 4.1 Đặc tính cơ của động cơ roto dây quấn loại đặc biệt -Động cơ dị bộ rôto lồng sóc : là loại động cơ được dùng phổ biến nhất, do cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ. Trong thực tế người ta sử dụng loại động cở dị bộ rôto lồng sóc có 3 cấp tốc độ, loại động cơ chuyên dùng có cấu tạo đặc biệt các cấp tốc độ được thay đổi thông qua phương pháp thay đổi số cặp cực. Để thay đổi số cặp cực có thể thực hiện đổi nối cuộn dây stato hoặc chế tạo stato có đặt các cuộn dây riêng biệt mà mỗi cuộn dây có số đôi cực riêng. Loại động cơ này được xem như hai động cơ ghép lại với nhau trong đó tốc độ thứ nhất dùng một cuộn dây riêng rẽ với rôto riêng. Rôto này thường là loại lồng sóc rãnh sâu hoặc lồng kép nhằm mục đích hạn chế dòng khởi động cho động cơ. Tốc độ thứ hai và tốc độ thứ ba tạo bằng cách thay đổi cách đấu dây ở cuộn stato thứ hai.Các động cơ có ba cấp tốc độ trở lên đều có hai hay nhiều tổ quấn dây ở stato. Loại này có cấu tạo đơn giản mà đáp ứng tương đối tốt yêu cầu về tốc độ. Nếu hệ thống có công suất lớn có thể sử dụng hệ thống MF - ĐC hoặc hệ thống Van - Động cơ. Tùy theo yêu cầu công suất lớn hay nhỏ của hệ thống, tùy theo nguồn năng lượng điện và các yêu cầu mà chọn động cơ cho phù hợp. d) Thiết bị điều khiển Xuất phát từ chế độ làm việc của máy neo là ngắn hạn, tải thay đổi trong phạm vi rộng. Yêu cầu hệ thống điều khiển tốc độ neo có độ láng, dòng hãm phải nhỏ nên sơ đồ điều khiển phải được lựa chọn phụ thuộc vào động cơ thực hiện. Trong thực tế người ta thường sử dụng các loại thiết bị điều khiển sau : - Thiết bị điều khiển bằng tay khống chế : Chỉ áp dụng cho động cơ có công suất (20 – 25)KW. Với sơ đồ này cấu tạo đơn giản, kích thước và trọng lượng nhẹ, giá thành rẻ nhưng nó không hạn chế được mômen khởi động. Khi động cơ dừng dưới điện nó có thể dẫn đến làm gãy các chi tiết của hệ thống và làm đứt xích neo. Nếu áp dụng cho hệ thống có động cơ thực hiện có công suất lớn. Hệ thống điều khiển này đòi hỏi người sử dụng ất nhiều sức lực và tập trung làm việc cao. Vì có nhiều hạn chế hình thức điều khiển này ngày càng ít sử dụng. -Thiết bị điều khiển dùng contactor – rơle ( trạm từ ) : Hình thức điều khiển này đang được dùng rất phổ biến trên các đội tàu biển nước ta. Quá trình điều khiển được thực hiện bởi tay điều khiển thông qua hoạt động của các Rơle–Contactor của trạm từ. Do vậy, có thể tự động hóa một cách hoàn chỉnh, có thể tự động khởi động, dừng động cơ. Khi có sự cố có thể tự động điều chỉnh một cách dễ dàng. Cấu tạo phức tạp, có nhều khí cụ, tuy nhiên hoạt động của hệ thống này vẫn tin cậy nhờ công nghệ cao trong chế tạo các thiết bị khí cụ điện. Sử dụng cho các hệ thống có động cơ thực hiện có công suất trung bình. -Thiết bị điều khiển theo hệ thống MF – ĐC : Dùng cho hệ truyền động điện, động cơ thực hiện có công suất lớn hoặc dùng cho tàu khách do yêu cầu đảm bảo cao cho con tàu. Hệ thống này khắc phục nhiều nhược điểm của hệ thống trên, nó có độ tin cậy cao, cho phép điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng. Nhưng hệ thống này cồng kềnh nhiều thiết bị chi phí giá thành lớn. -Thiết bị điều khiển dùng tiristor : Sơ đồ này khắc phục được tất cả các nhược điểm của sơ đồ trên, việc điều khiển các thiết bị không có tiếp điểm là xu hướng phát triển trong nền kỹ thuật hiện nay do tính chất điều kiển của nó. Tuy nhiên có nhược điểm là giá thành hệ thống cao đòi hỏi người có trình độ kỹ thuật cao. e) Các phần tử khác trong cơ cấu truyền động -Hộp biến đổi tốc độ ( hộp số ) : Với cùng công suất của động cơ thực hiện khi thay đổi ở các tốc độ khác nhau sẽ tạo được lực kéo khác nhau. Điều này là rất cần thiết đối với hệ thống neo bởi đòi hỏi công tác ở nhiều tốc độ khác nhau và đồng thời lực căng thay đổi khá nhiều trong quá trình thu thả neo. -Đĩa hình sao : Là cơ cấu tăng độ bám của xích neo trong quá trình thu thả neo, đĩa có hình ngũ giác đều. -Trống tời : Như đã nói hệ thống truyền động điện neo còn có khả năng thu thả cáp, trống tời là thiết bị quấn dây cáp. -Phanh cơ khí : Là cơ cấu có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho hệ thống khi đang làm việc mà mất điện đột ngột. 4.1.5 Các đại lượng cơ bản và các tham số đặc trưng của hệ thống neo. Với tàu thủy, neo là hệ thống tuy đơn giản nhưng lại rất quan trọng đối với an toàn con tàu. Việc bố trí neo ở đâu, số lượng bao nhiêu, các kích thước của neo…đó là các thông số quan trọng cần phải được tính toán chi tiết và hợp lý. Các thông số này cũng phải được đảm bảo đạt tiêu chuẩn của đăng kiểm. Các thông số cần nghiên cứu đối với hệ thống neo bao gôm : trọng lượng và số lượng neo, chiều dài xích neo, đặc tính cung cấp của neo, đường kính xích neo, khối lượng 1m xích neo, độ sâu thả neo, lực tác dụng lên đĩa hình sao. Sau đây sẽ nghiên cứu kĩ từng thông số. a) Đặc tính cung cấp của neo Đặc tính cung cấp của neo NC là tham số tổng hợp mà từ đó ta có thể dựa vào để chọn số lượng neo, kích thước neo, chiều dài xích neo. Nó được đặc trưng bởi phương trình : NC = ∆2/3 + 2Bhi + 0,1A (m2) Với: ∆ : là lượng choán nước của tàu, được tính : ∆ = D + K D : tải trọng của tàu K : trọng lượng hàng hóa mà tàu chở B : chiều rộng lớn nhất của tàu ( m ) hi : Chiều cao của tàu tính từ đường mớn nước mùa hè WL đến đỉnh cabin. A : tổng diện tích mặt chắn gió của tàu. b) Trọng lượng và số lượng neo *Trọng lượng neo Gn = KNc ( kg) K: Hệ số phụ thuộc vùng hoạt động của tàu, thường chia thành 4 vùng hoạt động ứng với 4 loại. -Loại 1: Tàu đi trong vùng biển không hạn chế K = 3. -Loại 2: Đối với tàu có tầm hoạt động hạn chế cấp 1. Tàu hoạt động trong vùng biển hở, khoảng cách giữa hai điểm neo đậu tránh bão là 200 hải lý hoặc ở vùng biển kín khoảng cách giữa hai điểm neo đậu là 400 hải lý K = 2,75 -Loại 3: Tàu hoạt động trong vùng biển hở có khoảng cách neo đậu giữa hai điểm là 50 hải lý K =2,5. -Loại 4 : Tàu chạy ven biển K = 2. * Số lượng neo Theo quy định của đăng kiểm thì mỗi tàu phải được trang bị 2 neo ở 2 bên mũi tàu, với những tàu có NC > 200 thì có thêm neo thứ 3 ở đuôi tàu và có thêm 1 neo dự phòng. -Với tàu chạy ở vùng biển có 2 neo và 1 neo dự trữ -Với tàu chạy ở vùng biển hạn chế có 2 neo và không có neo dự phòng. c) Những thông số của xích neo * Chiều dài xích neo Chiều dài tổng của cả 2 neo trái, phải được tính L∑ = 87 r. (m) r : là hệ số phụ thuộc vùng tàu hoạt động -Với vùng hoạt động loại 1: r = 1 -Với vùng hoạt động loại 2: r = 0,88 -Với vùng hoạt động loại 3: r = 0,76 -Với vùng hoạt động loại 4: r = 0,64 Thông thường: L∑ ≥ 200m tầm hoạt động không hạn chế. L∑ ≥ 100m tầm hoạt động hạn chế. - Xích neo được chia thành nhiều đường, mỗi đường dài 25 - 30m. - Số đoạn xích neo : L∑ = 25 - 30m, số đoạn lẻ thì neo phải dài hơn trái một đường. * Đường kích xích neo d = St (m) Trong đó : -S : là hệ số tính theo các vùng hoạt động của tàu. + Vùng biển loại 1: S = 1 + Vùng biển loại 2: S = 0,9 + Vùng biển loại 3: S = 0,88 + Vùng biển loại 4: S = 0, 82 -t : là hệ số phụ thuộc chất lượng thép. t = 1,75 đối với thép bình thường. t = 1,55 đối với loại thép có độ bền cao. t = 1,35 đối vớ loại thép đặc biệt. * Khối lượng 1m xích neo -Trong không khí : P = 0,215 d2 (N/m) -Trong nước : P1 = P. = 0,87P (N/m) Trong đó : + γ: tỷ trọng riêng của thép γ = 7,75 ÷ 7,8 Kg/m3 +: tỷ trọng riêng của nước Nước biển = 1,025 Kg/m3 Nước ngọt = 1,000 Kg/m3 d) Độ sâu thả neo Độ sâu thả neo ( h ) phụ thuộc vào đường kính xích neo (d ). Với d ≤ 14 mm thì h = 1/3 L phải ( chiều dài xích neo phải ) Với 15 ≤ d ≤ 17 mm thì h = 65 m Với 18 ≤ d ≤ 27 mm thì h = 80 m Với d ≥ 28 mm thì h = 100 m e) Lực tác dụng lên đĩa hình sao * Lực tác dụng lên đĩa hình sao theo quy định của đăng kiểm Tđk = 1,13(GN + ph) Trong đó : -Tđk : Lực tác dụng lên đĩa hình sao theo quy định của đăng kiểm -GN : Trọng lượng của neo (N) -p : Trọng lượng một mét xích neo (N/m) -h : Độ sâu thả neo (m) * Lực tác dụng cực đại lên đĩa hình sao Lực này chỉ xuất hiện tại thời điểm nhổ bật neo lên khỏi mặt bùn, nó được tính theo công thức : TN =fms [2GN + (GN + ph) 0,87] (N) Ngoài ra trong 1 số trường hợp khác thì công thức tính như sau : -Khi thả 2 neo đồng thời : T2N =fms.0,87.2(GN + ph) (N) -Khi thu 1 neo trong trạng thái thả hết xích neo nhưng neo không bám được xuống đáy biển: TN0 =fms.0,87 (GN + p.L01) (N) L01: là chiều dài lớn nhất của xích neo sau lỗ neo. 4.1.6 Các giai đoạn thu thả neo Do tính chất việc thu thả neo là 1 quá trình tương đối phức tạp gồm có nhiều giai đoạn mà ở mỗi giai đoạn các thông số môi trường có thể khác nhau nên việc nghiên cứu các giai đoạn này cũng quan trọng đối với việc tính toán và chọn lựa các phần tử của hệ thống truyền động điện neo tàu thủy. Nhưng xét về mức độ thì quá trình thu neo nặng nề hơn cả, nó quyết định việc tính chọn động cơ thực hiện. Do đó khi xét cả quá trình thu thả neo thì để đơn giản ta chỉ xét quá trình thu neo, nhưng khi xét quá trình thu neo ta cần đưa ra các điều kiện thả neo như sau : - Bãi thả neo là đất bùn, cát. Từ quy định đó mà lực căng trên xích neo đạt trị số lực nhổ neo lên khỏi bùn thì neo được nhổ lên khỏi bùn. - Trước khi kéo neo thì tàu cần phải giữ chắc chắn bởi neo. - Để tàu được giữ chắc chắn thì: Tk cosφk = WCV Tk là lực căng tạo bởi neo và xích neo WCV = Wn + Wg Wg : Lực tác dụng của gió lên thân tàu Wn :Gồm 2 thành phần Wtt : Lực của dòng nước lên thân tàu WCV : Lực tác dụng của dòng nước lên chân vịt Quá trình thu neo chia làm 4 giai đoạn : a) Giai đoạn 1 : Tàu được kéo với sức căng không đổi Đây là giai đoạn thu phần xích neo nằm trong bùn. Xích neo đươc thu với tốc độ đều. Cứ một mắt xích neo được nhấc lên khỏi bùn thì có một mắt xích neo đi qua đĩa hình sao. Tàu từ từ tiến đến điểm thả neo với một tốc độ không đổi. Lực căng trên đĩa hình sao Tk = const và φk hằng số độ võng của xích neo trong nước không đổi. b) Giai đoạn 2 : Tàu được kéo với sức căng thay đổi Bắt đầu được tính từ mắt xích neo cuối cùng được nhấc lên khỏi bùn, kết thúc khi toàn bộ xích neo võng trong nước cho đến khi xích neo trong nước được rút ngắn và thẳng dần. Tốc độ của tàu vẫn không đổi, lực căng trên đĩa hình sao thay đổi tăng dần Tk = var tăng; φk= var tăng; VC= const. c) Giai đoạn 3 : Sức căng đạt được giá trị lớn nhất Sức căng đạt giá trị lớn nhất neo được nhổ bật lên khỏi bùn, động cơ như dừng dưới điện. Trong thực tế góc φk chưa bằng 90º lúc này động cơ sinh ra lực kéo tối đa, tốc độ động cơ giảm. Tk = Tmax = const φk tăng dần tới 90º Vận tốc tàu thay đổi VC= var giảm Giai đoạn này tàu được điều động tiến đến sát điểm thả neo, theo quán tính tàu tiếp tục tiến về phía trước làm neo bật lên khỏi bùn. Nếu neo không bật lên khỏi bùn thì động cơ sẽ bị dừng dưới điện. Theo quy định của đăng kiểm thì thời gian dừng dưới điện không quá 30s. d) Giai đoạn 4 : Được tính từ khi neo được nhổ lên khỏi bùn cho đến khi chuẩn bị đưa neo vào lỗ neo, ở giai đoạn này xích neo và neo được treo trong nước và được thu ngắn dần. Khi đó: Tk = var giảm φk = 90º Giai đoạn này việc thu neo hầu như không ảnh hưởng đến sự vận động của con tàu. 4.2.7 Bảo vệ cho hệ thống neo. Theo quy định của Đăng Kiểm, hệ thống truyền động điện neo nhất thiết phải có các hình thức bảo vệ sau: Bảo vệ quá tải, bảo vệ điện áp thấp và bảo vệ không. Ngoài các hình thức bảo vệ trên, hệ thống nhất thiết phải có thiết bị ngắt khẩn cấp trong trường hợp cần thiết. -Bảo vệ ngắn mạch được thực hiện bởi cầu dao tự động có bảo vệ dòng cực đại. Móc bảo vệ này là các rơle dòng điện cực đại có dòng định mức trong khoảng (25- 600A). Mức đặt dòng điện tác động của các rơle này trong khoảng (2,25- 3,5)Iđm. Bảo vệ ngắn mạch cần phải tác động tức thời với thời gian (0,05- 0,08)giây. -Bảo vệ quá tải có thực hiện bởi các rơle dòng điện hoặc rơle nhiệt. Cần lưu ý rằng các rơle dòng có thời gian tác động tức thời với giá trị của dòng đặt nên không dùng để bảo vệ quá tải cho các động cơ điện xoay chiều. Dòng đặt cho rơle dòng điện trong trường hợp này là (1,3 - 1,4)Iđm. Để bảo vệ cho các động cơ điện xoay chiều cần dùng các rơle nhiệt. Các rơle nhiệt có thời gian trễ tác động do vậy không thực hiện trong thời gian khởi động động cơ. Để có thể bảo vệ được ngay cả khi quá tải nhỏ nhưng kéo dài, dòng đặt tác động của rơle nhiệt thường trong khoảng (1,1 - 1,25)Iđm. Đối với hệ thống truyền động điện neo tời quấn dây, bảo vệ quá tải có ý nghĩa rất lớn vì tải của hệ thống thường không ổn định và có thể vượt tải định mức.Ngoài ra động cơ còn có khả năng dừng dưới điện khi vì một lý do nào đó neo không được nhổ bật lên khỏi bùn. -Bảo vệ điện áp thấp và bảo vệ không được thực hiện bởi rơle điện áp, rơle này được chỉnh định để không duy trì được lực giữ tấm động khi điện áp lưới giảm còn 75%Uđm. Khi có nguồn cấp cho hệ điều khiển bị cắt dộng cơ sẽ được ngắt ra khỏi lưới điện. Đồng thời rơle này có thể thực hiện chức năng bảo vệ nếu cuộn hút của nó được mắc nối tiếp với tiếp điểm thường đóng của tay điều khiển ở vị trí số “0”. Hạn chế quá tải cho động cơ khi đang làm việc ở tốc độ cao đang thực hiện bởi các rơle dòng điện với giá trị dòng đặt trong khoảng(1,5 - 2,1)Iđm. Tác động của các rơle này, qua hệ thống điều khiển sẽ chuyển tốc độ của động cơ từ tốc độ cao về tốc độ thấp hơn theo đặc tính cơ của động cơ bằng cách đổi tổ đấu dây để thay đổi số đôi cực của cuộn dây stator (với động cơ điện xoay chiều ). Có thể dùng một số rơle dòng điện để có thể tự động chuyển cấp tốc độ. Khi bị dừng dưới điện, động cơ được chuyển về đặc tính cơ có tốc độ thấp nhất và hạn chế được dòng điện dừng ở mức cho phép. 4.2 HỆ THỐNG NEO TÀU 700TEU Hệ thống neo tàu 700TEU là hệ thống neo dạng neo nằm với động cơ thực hiện và bộ truyền động cơ khí nằm trên mặt boong phía mũi. Đây là hệ thống truyền động điện neo khá hiện đại có phanh hãm điện từ SFB 25, loại 110V DC, 178A, 196W. Bộ truyền động xích neo hãng STEEN sản xuất loại 0502219, seri 4277. Neo mũi gồm 2 neo 2 bên được truyền động bởi 2 động cơ dị bộ roto lồng sóc cùng seri. Tời neo cũng được sử dụng làm tời quấn dây. 4.2.1 Giới thiệu phần tử -M3: Động cơ dị bộ roto lồng sóc có 3 cấp tốc độ -Y : Phanh điện từ - E, E1, 2E1, 3E1 : Các bộ sấy - T1 : biến áp cấp nguồn cho mạch điều khiển 250VA, 440/230V. - T2 : Biến dòng đo lường 100/5A - F3, F4, F5, F6 : Các cầu chì bảo vệ mạch điều khiển . - V1 : Bộ nắn điện 1 pha cấp nguồn cho phanh điện từ. - 2S0 : Nút dừng sự cố. - 2S1, 2S2 : Các tay điều khiển. - A1 : Rơle bảo vệ áp. - A2 : Rơle bảo vệ dòng. - K0, K2 : Các rơle trung gian. - K1, KB1 : Các rơle thời gian. - KM1, KM2 : Các contactor đảo chiều. - KM3, KM4, KM5, KM6 : Các contactor tốc độ 1,2,3. Trong đó: + KM3 : contactor cấp nguồn cho cuộn stato thứ nhất, động cơ quay ở tốc độ 1. + KM4 : contactor cấp nguồn cho cuộn stato thứ 2. + KM6 : contactor nối sao cuộn stato thứ 2, động cơ quay ở tốc độ 2. + KM5 : contactor nối tam giác cuộn stato thứ 2, động cơ quay ở tốc độ 3. - Mạch sấy : + H1 đèn trắng báo có nguồn mạch sấy + E, E1, 2E1, 3E1 : các điện trở sấy. - G1 : bộ nắn điện 1 pha 230VAC / 24VDC cấp nguồn cho các khối A3, A4, 3A1. - K3, K4, K5, K6, K7 các contactor kiểm soát neo. - Mạch đầu vào PLC ( PLC-INPUTS) + E0.0 : Đầu vào chuyển đổi neo. + E0.1 : Đầu vào thao tác bằng tay. + E0.2 đến E0.6 Đầu vào thao tác tự động với mức độ tự động từ 20% đến 100%. + E0.7 Đầu vào dừng sự cố. + E1.0 Đầu vào báo lỗi. 4.2.2 Nguyên lý hoạt động Đóng aptomat Q1 cấp nguồn cho cả mạch điều khiển và mạch động lực. - Qua T1 có nguồn 230VAC. Bộ nắn điện G1 biến điện áp 230VAC thành điện áp 24VDC cấp cho các khối PLC A3, 3A1, khối MS. - 2 rơle A1, A2 có điện. A1 có điện đóng tiếp điểm A1(11-14)(7.0). Đây là tiếp điểm chờ. - Để hệ thống neo hoạt động trước hết motor được sấy bằng điện trở sấy E thông qua nguồn sấy 230VAC/60Hz. Đèn H1 sáng báo có nguồn sấy. - Hệ thống neo hoạt động ở 2 chế độ. Việc chọn chế độ thông qua công tắc 2S2 a) Chế độ thu thả neo MANUAL Đảm bảo hệ thống hoạt động bình thường phải kiểm tra chế độ ZERO-LOCKING. Lúc đó công tắc 2S1 phải ở vị trí sao cho tiếp điểm 2S1(0-0)(7.1) đóng. Xoay công tắc 2S2 đóng tiếp điểm 2S2(1-2)(8.1) cấp nguồn cho contactor K3. K3 có điện đóng các tiếp điểm K3(21-24),(31-34)(9.1) cấp điện áp 24VDC cho đầu vào A3/E0.1, chế độ thu thả MANUAL. Đồng thời tiếp điểm K3(11-14)(7.0) đóng lại contactor K0 được cấp nguồn, đóng tiếp điểm K0(1-2),(3-4) lại. *Thu neo - Xoay công tắc 2S1 đóng tiếp điểm2S1(3-4)(7.2). Contactor KM1 có điện ngắt điện trở sấy E, đóng tiếp điểm KM1(4.2) ở mạch động lực chờ cấp nguồn cho động cơ quay theo chiều thu neo, đóng tiếp điểm KM1(13-14)(7.3). + KB1 có điện, đóng các tiếp điểm KB1(4.6), KB1(4.7) lại cấp nguồn cho bộ nắn điện V1 tạo điên áp 110VDC cho cuộn phanh Y,cuộn phanh nhả phanh đang hãm động cơ. Tiếp điểm KB1(13-14)(7.9) đóng cấp nguồn cho contactor KM3. + KM3 có điện đóng tiếp điểm trên mạch động lực cấp nguồn cho cuộn stator thứ nhất của động cơ, động cơ quay với tốc độ 1. + Sau 2s kể từ khi KB1 có điện tiếp điểm KB1(67-68) đóng lại chờ thao tác tiếp theo. Xoay 2S1 đóng 2S1(5-6) rơle K1 có điện , ngắt nguồn KM3, đóng K1(13-14) cấp nguồn cho KM6. KM6 có điện đóng KM6 (4.5) trên mạch động lực nối sao cuộn stator thứ 2 của động cơ, đóng KM6(13-14) cấp nguồn cho KM4. KM4 có điện đóng tiếp điểm KM4(4.3) trên mạch động lực, động cơ quay với tốc độ 2. + Sau 2s kể từ khi K1 có điện , K1(67-68) đóng lại chờ thao tác tiếp theo. Xoay 2S1 đóng 2S1(7-8), K2 có điện, đóng K2(13-14) cấp nguồn cho KM5. KM5 có điện mở KM5(21-22) ngắt nguồn KM6, đóng KM5(4.5) trên mạch động lực, cuộn stator thứ 2 nối tam giác, động cơ quay với tốc độ 3. *Thả neo - Xoay công tắc 2S1 đóng 2S1(1-2) cấp nguồn cho contactor KM2, KM2 có điện đóng KM2(4.3) chờ cấp nguồn cho động cơ quay theo chiều thả neo. Ngắt điện trở sấy E, ngắt nguồn cấp vào contactor KM1, đóng KM2(13-14). Từ đây hoạt động của mạch tương tự phía thu neo. b) Chế độ thu thả neo AUTOMATIC - Chế độ AUTOMATIC chia làm 5 mức với mức độ tự động tăng dần từ 20% đến 100%. Để thay đổi mức độ tự động phải xoay 2S2 về các vị trí tương ứng. Và chế độ này động cơ tời neo chỉ hoạt động với tốc độ 1. - Xoay công tắc 2S2 đóng 2S2(3-4) cấp nguồn cho K5, đóng K5(21-24), K5(31-34) cấp tín hiệu 230VAC cho đầu vào A3/E0.2, chế độ tự động 20%. Tương tự xoay 2S2 đóng 2S2(5-6),(7-8),(9-10),(11-12) ta sẽ có các chế độ thu thả neo tự động 40%, 60%, 80%, 100%. - K5(11-12) mở ngắt chế độ MANUAL. *Thu neo Đầu ra A3/A0.0 của PLC-OUTPUTS xuất tín hiệu 230VAC tới E/10.0, KM1 có điện. Đóng tiếp điểm cấp nguồn cho động cơ sẵn sàng quay theo chiều thu neo, ngắt điện trở sấy. Cuộn phanh nhả hãm động cơ. Đẩu ra A3/A0.2 của PLC-OUTPUTS xuất tín hiệu 230VAC tới G/10.0, KM3 có điện cấp nguồn cho động cơ hoạt động ở tốc độ 1. *Thả neo Đẩu ra A3/A0.1 của PLC-OUTPUTS xuất tín hiệu 230VAC tới F/10.0, KM2 có điện thực hiện đóng KM2(4.3) động cơ sẵn sàng quay theo chiều thả neo. Các quá trình tương tự phía thu neo. CHƯƠNG V TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ THỰC HIỆN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN NEO TÀU 700TEU 5.1 TỔNG HỢP SỐ LIỆU VÀ CÁC THÔNG SỐ LIÊN QUAN 5.1.1 Các thông số của tàu - Chiều dài: + Chiều dài lớn nhất : Lmax = 133,6 m + Chiều dài giữa 2 đường vuông góc: L = 126,8 m - Chiều rộng lớn nhất: B = 19.4 m - Chiều cao mạn: h = 9,4 m - Chiều chìm thiết kế: T = 7,36 m - Diện tích chắn gió thổi ngược chiều chuyển động khi thu neo : A = 835 m2 - Lượng choán nước của tàu : D = 4105 T - Trọng tải toàn phần ứng với mớn nước thiết kế là khoảng 18000 T 5.1.2 Các thông số của bộ truyền động xích neo - Hiệu suất bộ truyền động cơ khí = 0.8 - Đường kính đĩa hình sao = 72 mm - Tỉ số truyền cơ khí i = 125 5.2 TÍNH TOÁN CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN 5.2.1 Đặc tính cung cấp NC = D2/3 + 2Bh + 0.1A NC = 41052/3 + 2.19,4.9.4 + 0,1.835 = 700 5.2.2: Trọng lượng của neo Tất cả các tàu đi biển đều có ít nhất là hai neo. Với những tài có vùng hoạt động không hạn chế, nếu Nc > 200 thì cần phải có 3 neo ( một neo dự trữ ) như vậy với tàu 700TEU cần có 2 neo và 1 neo dự trữ. Trọng lượng của một neo được tính theo biểu thức: QN = K.NC Trong đó, hệ số k được xác định như sau: K=3 – Đối với tàu có tầm hoạt động không hạn chế. K=2,57 – Đối với tàu có tầm hoạt động hạn chế cấp I. K=2,5- Đối với tàu có tầm hoạt động hạn chế cấp II. K=2- Đối với tàu có tầm hoạt động hạn chế cấp III. Tàu 700TEU là tàu có tầm hoạt động không hạn chế nên K=3 QN = 3.700 = 2100 (Kg) 5.2.3: Chiều dài xích neo Chiều dài tổng của cả 2 neo trái, phải được tính L∑ = 87 r. (m) r : là hệ số phụ thuộc vùng tàu hoạt động -Với vùng hoạt động loại 1: r = 1 -Với vùng hoạt động loại 2: r = 0,88 -Với vùng hoạt động loại 3: r = 0,76 -Với vùng hoạt động loại 4: r = 0,64 Thông thường: L∑ ≥ 200m tầm hoạt động không hạn chế. L∑ ≥ 100m tầm hoạt động hạn chế. - Xích neo được chia thành nhiều đường, mỗi đường dài 25 - 30m. - Số đoạn xích neo : L∑ = 25 - 30m, số đoạn lẻ thì neo phải dài hơn trái một đường. Với tàu 700TEU thì: L∑ = 87.1. = 447 m Chọn chiều dài 1 đường xích neo dài 25m thì số đoạn xích neo là: 447 : 25 = 18 đường Mỗi bên sẽ có 9 đường xích neo 5.2.4: Đường kính mắt xích neo Các mắt xích neo được làm bằng thép. Đường kính mắt xích neo được tính theo biểu thức: d = St (mm) Trong đó: S=1 Đối với tàu có vùng hoạt động không hạn chế. Hệ số này sẽ giảm một lượng DS=0.06 đối với mỗi cấp hoạt động của tàu t= 1,75 đối với xích neo được chế tạo từ thép bình thường t= 1,5 đối với xích neo được chế tạo từ thép bền t = 1,35 đối với xích neo được chế tạo từ thép đặc biệt Sau khi tính toán nếu d > 15 mm thì mắt xích neo phải có thanh rằng ngang. Vậy đường kính của mắt xích neo tàu 700TEU là d = 1.1,5.= 40 mm Mắt xích neo của tàu 700TEU cũng phải là loại có thanh ngang. 5.2.5: Trọng lượng của một mét xích neo Để xác định tải gây ra bởi trọng lượng của xích neo sau lỗ ta phải biết được trọng lượng của một mét xích neo. Để đơn giản ta dùng các biểu thức kinh nghiệm Với loại mắt xích neo là loại có thanh rằng ngang thì trên tàu ô tô ta có trọng lượng của một mét xích neo là: Trong không khí: P = 0,215.d2 = 0,215.402 = 344 N/m Trong nước biển: P1 = P. = 0,87P (N/m) = 0.87.344 = 299 N/m Trong đó Tỷ trọng của thép làm mắt xích neo : Tỷ trọng của nước biển 5.2.6: Chiều dài đường xích neo sau lỗ Chiều dài đường xích neo sau lỗ được xác định bằng độ sâu thả neo. Tại những vùng quy định cho tàu bè đậu, độ sâu thường trong khoảng từ (15-30)m. Tuy vậy độ sâu thả neo tính toán lại được quy định bởi quy phạm đóng tàu. Với d ≤ 14 mm thì h = 1/3 L phải ( chiều dài xích neo phải ) Với 15 ≤ d ≤ 17 mm thì h = 65 m Với 18 ≤ d ≤ 27 mm thì h = 80 m Với d ≥ 28 mm thì h = 100 m Trên tàu 700TEU d = 40> 28 nên chọn h = 100 ( m ) Khi thả neo để giữ cố định tàu, ngoài sức bám của neo, cần phải thả thêm một số xích neo nằm dưới đáy biển để tăng thêm lực giữ cho tàu khỏi bị trôi dạt. Khi gió càng lớn dòng chảy càng mạch thì số xích neo thả càng nhiều. Thực tế đóng tàu biển cho thấy, chiều dài đường xích neo sau lỗ phụ thuộc vào độ sâu thả neo tính toán theo biểu thức: L0 = (2 – 4) . h (m) Chỉ số nhỏ được chọn khi thả neo ở độ sâu thả neo lớn. Cụ thể: Nếu h < 50 m chọn giới hạn trên Nếu h > 50 m chọn giới hạn dưới Tàu 700TEU h = 100 m > 50 do đó chọn giới hạn dưới là:200m 5.2.7 Các lực tác dụng lên con tàu trong quá trình thu neo Khi hệ thống truyền động điện thu xích neo, con tàu từ từ tiến đến điểm thả neo. Trong qua trình di chuyển, tàu phải chụi tác dụng của dòng nước lên phần thân tàu chìm trong nước, lên chân vịt và tác động của gió lên phần nổi của nó. Các lực bên ngoài tác động lên con tàu được xem là cùng một hướng. Đây chính là tải làm căng xích neo trong quá trình thu neo và là tải truyền động neo Wc = Wg + Wn + Wcv a) Lực tác dụng của dòng nước lên vỏ tàu - Hệ số tỷ lệ tính tới hình dạng của vỏ tàu. Hệ số này được xác định theo tỷ lệ giữa chiều dài với chiều rộng mặt boong chính của tàu được cho theo bảng sau. L/B 6,0 8,0 10,0 12 Kk 1,04 1,03 1,02 1,01 Trên tàu 700TEU ta có L/B = 126,8 : 9,4 = 6.5 Nên ta chọn Kk = 1,04 : Hệ số ma sát giữa vỏ tàu với nước. Hệ số này phụ thuộc vào đặc điểm kết cấu của phần thân tàu chìm dưới nước được xác định theo hệ số Reynod Như vậy : Để xác định được cần phải xác định được số Re Re = (L.Vn)/ L: chiều dài tàu Vn: Vận tốc nước và tàu Vn = Vdc + Vt; Vdc = (0,35-4,0)m/s; Vt = (0,1- 0,3) m/s Chọn Vdc = 2,0 m/s; Vt = 0,3 m/s Ta có Vn = 2,0 + 0,3 = 2,3 m/s : Độ nhớt của nước biển. Nếu độ nhớt của nước biển là 0,012.10-4m/s Re = 3,335.108 Tra bảng ta có = 1,845.103 (Là số gia hệ số ma sát được tính đến độ không nhẵn của vỏ tàu. Giá trị dưới tính cho tàu có vỏ liên kết bằng các mối hàn, giá trị trên cho trường hợp bằng đinh tán) Với tàu 700TEU ta chọn: Diện tích bề mặt chìm trong nước của vỏ tàu và được tính theo công thức Với tàu 700TEU thì: Scm = 2.7,36 + 1,37.0.751.19.4.126,8 = 2546 m2 Vậy lực tác dụng của nước đối với vỏ tàu ô tô trong quá trình thu neo là: Wn = 1,04.( 1,845.103 + 0,7.10-3 ).2546. = 12922 N b) Lực tác dụng của gió Lực cản của gió gây ra khi kéo tàu tới điểm thả neo được xác định bằng biểu thức: Kg: hệ số áp lực của gió. Hệ số này được xác định dựa theo kết cấu và loại tàu. Lực cản do gió gây ra sẽ có giá trị lớn nhất khi hướng gió thổi tới tàu hợp với mặt phẳng đối xứng một góc (27-30) độ. Trong tính toán chọn trường hợp gió thổi ngược chiều chuyển động của tàu, là trường hợp thường gặp khi thả neo. Chọn Kg = 0,2. Sn :Diện tích chắn gió của tàu : 835 m2 Vg :Vận tốc của gió . Ta lấy vận tốc gió 5 m/s. Vậy lực tác dụng của gió lên tàu là: Wg = 0,2.835.25 = 4175 N c) Lực tác dụng của dòng nước với chân vịt Trong thời gian thu neo, chân vịt của tàu thủy chưa quay. Khi tàu tiến đến điểm thả neo, dòng nước cũng tác dụng lên chân vịt một lực cản, lực này có thể xác định theo lực của dòng nước lên vỏ tàu. Tàu 700TEU có 1 chân vịt, công thức tính như sau: Wcv = 0,25.Wn = 0,25.12922 = 3230 N d) Lực tác dụng tổng hợp lên tàu là Wc = Wn + Wg + Wcv = 12922 + 4175 + 3230 = 20327 N 5.2.8: Độ dài xích neo võng trong nước Lvong = Trong đó: y = h + a Với a = : Hệ số đặc trưng cho sự mất trọng lượng của xích neo và lực giữ của nó Khi đó chiều dài đoạn xích neo võng trong nước với tàu 700TEU là: Lvong = = 153 m 5.2.9 Chiều dài xích neo nằm dưới bùn: L1 = L0 – Lvong = 200 – 153= 47 m 5.2.10 Lực căng xích neo trong giai đoạn 1 T1 = P1h + Wc = 299.100 + 20327 = 50227 N 5.2.11 Lực căng xích neo trong giai đoạn 3 T3 = Fms. [ 2Gn + ( Gn+P.h).0,87] Gn = Qn.g T3 = 1,28. [ 2.2100.9,8 + (2100.9,8 + 344.100).0,87] = 88990 N 5.2.12 Lực căng xích neo đầu giai đoạn 4 T4d = Fms.(Gn + P.h )0,87 T4d = 1,28(2100.9,8 + 344.100)0,87 = 61226 N 5.2.13 Lực căng xích neo cuối giai đoạn 4 T4s = Fms.Gn = 1,28.2100.9,8 = 26342 N 5.2.14 Mô men cản trên trục động cơ khi kéo neo ở giai đoạn 1: M1 = = 148 Kg.m 5.2.15 Mô men cản trên trục động cơ ở giai đoạn 3: M3 = = 262,5 Kg.m 5.2.16 Mô men cản trên trục động cơ khi kéo neo ở đầu giai đoạn 4: M4d = = 181 Kg.m 5.2.17 Mô men trên trục động cơ khi kéo neo ở cuối giai đoạn 4: M4s = = 77,7 Kg.m 5.2.18 Lực căng trên xích neo ở giai đoạn đầu khi kéo hai neo: Td2 = Fms.0,87.2.(Gn +P1h) = 1.28.0,87.2.(2100.9,8 + 299.100) = 112430 N 5.2.19 Lực căng trên xích khi ở cuối giai đoạn kéo hai neo: Tc2 = Fms.2.Gn = 1,28. 2. 2100.9,8 = 52685 N 5.2.20 Mô men trên trục động cơ ở giai đầu khi kéo hai neo Md2 = = 332 Kg.m 5.2.21 Mô men cản trên trục động cơ ở giai đoạn cuối khi kéo hai neo: Mc2 = = 155,4 Kg.m 5.3 CHỌN ĐỘNG CƠ THỰC HIỆN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN NEO Việc tính chọn động cơ thực hiện bằng hai phương pháp: phương pháp tính đơn giản và phương pháp tính gần đúng liên tục. Phân tích tải của hệ thống qua từng giai đoạn thu neo ta thấy tải là tải ngắn hạn thay đổi liên tục. Với loại tải này ta thường dùng phương pháp gần đúng liên tục cới các bước sau: -Sơ bộ xác định các thông số định mức của động cơ để chọn động cơ theo sổ tay kỹ thuật -Xây dựng giản đồ phụ tải -Nghiệm động cơ đã chọn 5.3.1 Xác định sơ bộ các thông số định mức động cơ cần chọn a) Mômen quay định mức Theo quy định của đăng kiểm mô men khởi động của động cơ cần phải lớn hơn hai lần mô men cản trên đĩa hình sao. Vậy mô men định mức của động cơ cần không nhỏ hơn gia trị được tính theo biểu thức sau: Mdm = N.m Khi chọn mô men khởi động, nên chọn mô men khởi động có gí trị lớn nhất để đảm bảo động cơ có thời gian khởi động ngắn. Tại thời điểm khởi động ngoài tải chính của hệ thống còn các thành phần mô men cản tạo bởi sự tăng hệ số ma sát tĩnh của bộ truyền động cơ khí, tính quán tính vì vậy mô men khởi động cần tăng thêm một lượng dự trữ. Theo kinh nghiệm của nhà máy đóng tàu Dinamo nga mô men khởi động cần tăng thêm 50% Mdm = Mô men khởi động cực đại có thể lấy bằng mô men tải lớn nhất ứng với khi thả một neo ở độ sâu tính toán hoặc thu hai neo đồng thời ở nửa đô sâu thả neo tính toán Mkdmax = 2[ Gn + P ]0,87.Fms. = 2[ 2100.9,8 + 344.50 ] 0,87.1,28.0.00295 = 248 N.m = 1,5 - 2,4. Ta chọn= 2: là hệ số quá tải của động cơ theo mô men khi khởi động. Vậy mô men định mức của động cơ là Mdm = = 186 N.m 5.3.2: Tốc độ quay định mức Để xác định tốc độ quay định mức có thể dựa vào quy định của đăng kiểm về tốc độ thu neo với tải tính toán, chọn Vdm = 10m/p, hay 0,167m/s thì ta có công thức tính tốc độ định mức như sau ndm = 1,6. = 1,6. = 678 rpm 5.3.3: Công suất định mức Với các động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn có thời gian công tác t = 15-30 (phút) thì công suất định mức động cơ có thể tính theo biểu thức Pdm = = 13,2 Kw 5.3.4: Chọn động cơ từ các thông số cơ bản Từ các thông số đã tính toán, tra sổ tay kỹ thuật ta chọn loại động cơ sau: Động cơ loại : MA621 Số cực P(Kw) n(rpm) MMax Mkd Cos Tct 4 22 1440 60 45 0,90 30 8 22 685 80 75 0,73 30 16 7 340 55 55 0,52 10 5.4 XÂY DỰNG CÁC ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ THỰC HIỆN 5.4.1 Xây dựng đặc tính cơ của động cơ thực hiện. a) Xây dựng đặc tính cơ ứng với 2P = 4 Tốc độ không tải lý tưởng (v/p) Độ trượt định mức: Mô men định mức: (rad/s) Độ trượt tới hạn: Trong đó: Thay Sth và Mth vào công thức closs đơn giản Lập bảng: S 0 0,04 0,1 0,2 0,32 0,5 0,7 0,8 1 n 1500 1440 1350 1200 1020 750 450 300 0 M 0 14,9 34,2 53,9 60 54,5 45,4 41,4 34,8 b) Xây dựng đường đặc tính cơ ứng với 2P = 8 Tốc độ không tải lý tưởng v/p Độ trượt định mức: Mô men định mức: Độ trượt tới hạn: Trong đó: Thay Sth và Mth vào công thức closs đơn giản Lập bảng: S 0 0,09 0,1 0,2 0,44 0,5 0,7 0,8 1 n 750 685 675 600 420 375 225 150 0 M 0 31,2 34,6 60,3 80 79,4 72,1 67,6 59 c) Xây dựng đường đặc tính cơ ứng với 2P = 16 Tốc độ không tải lý tưởng v/p Độ trượt định mức: Mô men định mức: Độ trượt tới hạn: Trong đó: Thay Sth và Mth vào công thức closs đơn giản Lập bảng: S 0 0,93 0,15 0,2 0,49 0,6 0,7 0,8 1 n 375 340 319 300 191 150 113 75 0 M 0 20,04 30,8 38,5 55 53,9 51,7 49 43,5 Ta có đặc tính cơ của động cơ thực hiện như sau: Hình 5.1 Đặc tính cơ của động cơ thực hiện 5.4.2 Xây dựng đặc tính trạng thái của xích neo khi thu neo. Để xác định được chế độ tải của truyền động điện neo cần phải mô tả bằng đồ thị sự thay đổi của các đại lượng chính đặc trưng cho trạng thái của xích neo khi thực hiện thu neo. Các đặc tính trạng thái của xích neo hay còn gọi là giản đồ phụ là đặc tính mô tả mối quan hệ: L = f(XKL) TK = f(XKL) Trong đó: L: Chiều dài xích neo sau lỗ Tk : Lực kéo neo Xkl: khoảng cách từ điểm thả neo đến tàu a) Xây dựng trạng thái của xích neo ở giai đoạn thứ nhất Các đại lượng đã biết trước ở giai đoạn này là P1 = 0,87.P (N.m) = 299(N/m) Wc: lực bên ngoài tác dụng lên con tàu tương ứng với tốc độ di chuyển của con tàu h: Độ sâu thả neo tính toán = 100 m L0: Toàn bộ chiều dài xích neo sau lỗ = 200 m Các phương trình đường xích neo tự do: b) Đặc tính trạng thái xích neo ở giai đoạn thứ 2 và 3 trong nước. Giai đoạn thứ 3 bắt đầu khi sức căng xích neo tại lỗ neo đạt sức căng nhổ bật neo khỏi bùn. Giá trị của lực nhổ neo phụ thuộc vào sức bám của neo, để tính toán ta lấy sức bám của neo bằng 3GN. xét trong trường hợp neo được nhổ khỏi bùn . Khi đó sức căng ở điểm cuối của đường xích neo là Tro có hướng vuông góc với đáy và bằng: Tro= 3GN, sức căng của xích neo tại lỗ sẽ được xác định dựa theo Tro . Ta biết 3GN/Wc= sh(. Từ đây ta tìm ra được, TN = P1(h+a.shTừ ta dựa vào phương trình : , suy ngược lại tìm ra XL3 = X3P= 19,8m Xây dựng trạng thái xích neo ở giai đoạn 2 cần tính toán các giá trị sau X2p= 58 (m) Để thuận tiện cho việc xây dựng giản đồ phụ tải của động cơ thực hiện ta chia X2p thành 5 đoạn và chọn lấy các giá trị của XKL thích hợp. Vậy đặc tính xích neo trong quá trình thu neo như sau: Hình 5.2 Đặc tính trạng thái của xích neo trong quá trình thu neo 5.4.3 Xây dựng giản đồ phụ tải truyền động điện neo Giản đồ công tác của truyền động điện neo là hàm thể hiện mối quan hệ của M, n, P, ( đặc trưng cho công tác của động cơ thực hiện) theo thời gian trong quá trình thu neo: n = f1(t) M = f2(t) P = f3(t) a) giản đồ phụ tải của hệ thống ở giai đoạn thứ nhất Các tham số xác định chế độ công tác của hệ thống ở giai đoạn thứ nhất được xác định là n1 và M1 n1= 520(v/p) M1 = 35kg.m) P1 = 7,6 (kw) t1= 4,8(phút) (m/phút) b) giản đồ công tác của giai đoạn thứ 2 Do quá trình công tác ở giai đoạn thứ hai, tốc độ di chuyển của tàu được xem như là không đổi và bằng Vt1. Thời gian thu neo được tính bằng (phút) Giai đoạn 2 là là giai đoạn thu neo võng trong nước. Cùng với sự giảm của độ dài đương xích neo, sức căng trên đĩa hình sao tăng dần. Tuy nhiên , tốc độ động cơ không giảm tuyến tính mà giảm theo đường cong có dạng võng của xích neo. Ở giai đoạn 2 để xây dựng n = f1(t) ta làm như sau: + Chia 2P ( trên giản đồ đặc tính trạng thái ) thành 5 phần bằng nhau có độ dài X21, X22, X23, X24, X25. ứng với từng điểm chia, kẻ các đường song song với trúc tung và trục hoành ta được các đoạn L21, L22, L23, L24, L25. Đây chính là độ dài đường xích neo được thu tương ứng với đoạn dường tàu di chuyển được là X21, X22, ….chúng cũng được đánh dấu từ phải sang trái L21, L22, … trên trục thời gian của đồ thị n = f1(t) , từ t1 ta đặt một đoạn có độ dài t2 = 7,5 phút, t2 chia thành 5 phần bằng nhau và có độ dài phút + Tốc độ quay của động cơ ở từng phần được tính theo biểu thức: + Với một gia trị thì xác định được một giá trị n2i nối các điểm này lại ta được giản đồ n = f1(t) ở giai đoạn 2. + Tượng tự, giản đồ M = f2(t) ta cũng xây dựng theo phương pháp phân chia thời gian như đã thực hiện. Mô men cản trên động cơ tực hiện Mci được xác định theo biểu thức sau Mỗi giá trị Tci khác nhau ta có được Mci tương ứng ta xác định được Pci theo M và n Chia X2p thành 5 đoạn có độ dài 12,4(m) mỗi đoạn tương ứng với thời gian di chuyển của tàu là t = 1,5 phút. c) giản đồ phụ tải ở giai đoạn thứ 3 Ở giai đoạn này , toàn bộ phần xích neo võng trong nước được thu hết. Xét trong điều kiện khai thác bình thường , neo được nhổ bật khỏi bùn, động cơ không bị dừng dưới điện. Tốc độ quay của động cơ thấp tương ứng với tải của hệ thống lúc này có giá trị lớn nhất và được xem là không đổi. M3= 678 (N.m) = 69,1 (kg.m) n3 =263(v/p) V3 = Ta có L3đ = 105 (m) Vậy t3 = (L3đ – h)/V3 =(105-100)/3,9=1,2 ( phút) d) giản đồ phụ tải ở giai đoạn 4 Momen và tốc độ ở đầu của giai đoạn 4: M41= 48,6 (kg.m), n41= 688 (v/p), Momen và tốc độ ở cuối của giai đoạn 4: M42=16,4 (kg.m), n42 = 705 (v/p), Thời gian thu neo giai đoạn 4 ntb = (n41+n42)/2 =(688+705)/2 = 697 (v/p) t4 = h.i/(2..Rs.ntb) =100.125/(2.3,14.0.295.697)= 8,4 (phút) V4=10,3(m/phút) e) giản đồ phụ tải của hệ thống Hình 5.3 giản đồ phụ tải của hệ thống tời neo 5.5 KIỂM NGHIỆM ĐỘNG CƠ 5.5.1 Kiểm nghiệm theo thời gian thu neo Theo quy định của cơ quan đăng kiểm, tốc độ thu neo trung bình với tải định mức: Vtb 10 m/p Tương ứng với mỗi giá trị của mô men trên đường đặc tính, ta có được giá trị tốc độ. Nghiệm thời gian thu neo với đường đặc tính số 2 ta có thông số sau: M1= 35(kg.m) n1= 520(v/p) M3= 69,1(kg.m) n3=263 (v/p) M41= 48,6(kg.m) n41= 6885(v/p) M42= 16,4(kg.m) n42= 705(v/p) Vận tốc các giai đoạn tương ứng: Giai đoạn 1: (m/phút) Giai đoạn 2: V1=V2=7,7 (m/p) Giai đoạn 3: (m/phút) Giai đoạn 4 đầu: (m/phút) Giai đoạn 4 cuối: (m/phút) Vận tốc trung bình giai đoạn 4: Vtb=10,3 (m/p) Thời gian thu neo: +Giai đoạn 1: t1= 4,6 (phút) X1: là quãng đường tàu đi được trong giai đoạn 1 Giai đoạn 2: t2= 5,6 (phút) Giai đoạn 3 : Đây là giai đoạn động cơ dừng dưới điện mà theo yêu cầu của đăng kiểm, động cơ truyền động điện neo có thể dừng dưới điện 30-60 giây t3 = (L3đ – h)/V3 = 1,2( phút) Giai đoạn 4: Đây là giai đoạn thu xích neo trong nước Ta có: t4 = 8,4 (phút) Theo quy định của đăng kiểm thì tổng thời gian thu neo phải đảm bảo yêu cầu: phút T= t1+t2+t3+t4= 4,6+5,6+1,2+8,4 =19,8 (phút) Vậy động cơ lựa chọn thỏa mẽn yêu cầu về thời gian thu neo 5.5.2 Kiểm nghiệm phát nhiệt theo mô men tương đương Đây là loại động cơ dị bộ nên ta có thể nghiệm phát nhiệt trong quá trình thu neo theo mô men tương đương. Ta có công thức: So sánh mô men tương đương với mô men định mức ta thấy: Mtd=30,8(kg.m) < Mdmmax= 31,2(kg.m) Động cơ đã chon thỏa mãn điều kiện phát nhiệt theo mômen tương đương. 5.5.3 Kiểm nghiệm về tốc độ thu neo trung bình Theo quy định của đăng kiểm tốc độ thu neo trung bình ứng với tải định mức là không nhỏ hơn 10 (m/p) Vtb = L0/T = 200/19,8 = 10,1(m/p) > 10 (m/p) Vậy động cơ thỏa mãn yêu cầu về tốc độ thu neo trung bình 5.5.4 Nghiệm lại động cơ Sau khi tính toán lựa chọn và kiểm nghiệm động cơ thực hiện cho hệ thống tời neo, thì động cơ đã lựa chọn đã thỏa mãn yêu cầu về kĩ thuật và quy định của đăng kiểm. Như vậy động cơ đã tính chọn đáp ứng khả năng thay thế động cơ thực hiện truyền động điện neo trên tàu 700TEU. KẾT LUẬN Như vậy sau một thời gian tập trung nghiên cứu tính toán, cùng với sự giúp đỡ của các thầy cô, bạn bè thì em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp đại học với nội dung: “Trang thiết bị điện tàu container 700TEU, đi sâu nghiên cứu tính toán công suất động cơ thực hiện truyền động điện neo”. Với quá trình nghiên cứu tính toán đó bản thân em rút ra được nhiều bài học bổ ích. Giúp hiểu sâu sắc hơn về các hệ thống điện trên tàu thủy đặc biệt là tàu container 700TEU. Thứ nhất, qua quá trình quan sát thực tế các hệ thống trên tàu đánh giá được cách bố trí lắp đặt của các hệ thống trên tàu, cách liên kết các hệ thống trong không gian các khoang tàu, từ đó có cái nhìn một cách tổng quan hơn về các hệ thống đã học trên giảng đường. Thứ hai, cùng với việc nghiên cứu các bản vẽ, sơ đồ mạch điện của các hệ thống giúp hiểu sâu hơn về nguyên lý hoạt động của các hệ thống đó, đồng thời biết được cách đấu nối các phần tử của hệ thống trong thực tế, cái nhìn trực quan giúp đánh giá được khả năng hoạt động của các hệ thống. Thứ ba, từ việc tính toán các thông số của động cơ thực hiện truyền động điện neo cũng giúp ta nắm bắt được quy trình tính toán các thông số động cơ thực hiện của bất cứ hệ thống truyền động điện nào trên tàu thủy. Nắm chắc các bước tính toán, kiểm nghiệm, qua đó liên hệ trong thực tế sản xuất có thể tính chọn được các động cơ phục vụ sinh hoạt, nghiên cứu, sản xuất… Qua nghiên cứu về trang thiết bị điện tàu 700TEU, đánh giá các hệ thống điện trên tàu là khá hiện đại và có cách bố trí sắp xếp hợp lý, khoa học. Với đề tài, đã tính toán, chọn được loại động cơ phù hợp cho truyền động điện neo, đảm bảo mọi yêu cầu về công suất, các yêu cầu về quá tải, quá nhiệt, bảo vệ… có thể thay thế động cơ truyền động điện neo hiện hành trên tàu 700TEU. Cuối cùng, em xin trân thành cảm ơn sự chỉ bảo ân cần, nhiệt tình của các thầy, sự giúp đỡ nhiệt thành của bạn bè để em có thể hoàn thành đồ án. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Ks.Bùi Thanh Sơn – Trạm phát điện tàu thủy, Nhà xuất bản Giao thông vận tải, năm 2000. 2. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền – Cơ sở truyền động điện, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, năm 2006. 3.Ks. Lưu Đình Hiếu – Truyền động điện tàu thủy, Nhà xuất bản Xây dựng, năm 2004. MỤC LỤC