Разработка схемы управления двустворчатых ворот судоходного шлюза
РАЗРАБОТКА СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВУСТВОРЧАТЫХ ВОРОТ СУДОХОДНОГО ШЛЮЗА
СОДЕРЖАНИЕ
ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа
1. ВВЕДЕНИЕ
1.1. Общие сведения об электрооборудовании водных пуВнтей
1.2. Состав и назначение механического оборудования гидротехнических сооружений
1.3. Основные свойства электрифицируемых механизмов гидротехнических сооружений
1.4 Элементы электрического оборудования шлюзов
1.4.а. Силовое оборудование приводов
1.4.б. Электрические аппараты системы управления
1.4. в Оперативная сигнализация
1.4.г. Поисковая сигнализация
1.4.д. Светофорная сигнализация
1.4.е. Элементы и устройства электроснабжения
2. ОПИСАНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ОБЪЕКТА
2.1. Элементы ворот и действующие нагрузки
2.2. Приводной механизм для перемещения двустворчатых ворот
2.3. Определение мощности и выбор электродвигателя для электромеханического привода двустворчатых ворот судоходВнного шлюза .
2.3.1. Исходные данные.
2.3.2. Определение статических моментов сопротивления.
2.3.3. Предварительный выбор электродвигателя
2.3.4. Определение момента сопротивления, приведенных к валу двигателя.
2.3.5. Проверка предварительно выбранного двигателя.
2.3.6 .Выбор электрических аппаратов для управления меВнханическими тормозами.
2.3.7. Расчет резисторов пускового реостата и выбор ящиков сопротивлений.
3. ОПИСАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ СХЕМ УПРАВЛЕНИЯ
3.1. Привод с асинхронными двигателями без регулироваВнния скорости движения .
3.2. Привод с асинхронными фазными двигателями с регуВнлированием скорости движения изменением сопротивления цеВнпи ротора .
3.3. Электрический привод с гидропередачей .
3.4. Электропривод двустворчатых ворот с тормозным геВннератором .
3.5. Электропривод с тиристорным управлением.
4. БЕСКОНТАКТНЫЕ АППАРАТЫ И СТАНЦИИ УПРАВЛЕНИЯ
5. СИНТЕЗ ЛОГИЧЕСКОГО АВТОМАТА
5.1. Построение СГСА
5.2. Кодирование СГСА. ( ГСА )
5.3. Граф абстрактного автомата
5.4. Функции выхода. Таблицы переходов. Функции возбуВнждения. Кодирование состояний
6. ОХРАНА ТРУДА
6.1. Правила технической эксплуатации электродвигатеВнлей
6.2. Анализ вредных и опасных факторов на гидротехниВнческих Ва сооружениях. Ва Нормы, Ва мероприятия Ва по поддержанию норм, меры безопасности
6.3. Электробезопасность
6.4. Расчет защитного заземления трансформаторной подсВнтанции
7. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
8. ЛИТЕРАТУРА
Ва
1. ВВЕДЕНИЕ
Для увеличения грузооборота речного флота требуется совершенсВнтвование водных путей и судов транспортного флота
Различные по своим техническим характеристикам современные водВнные пути и суда технического флота представляют собой объекты с выВнсокой степенью электрификации. Электрическая энергия на них примеВнняется для привода основных и вспомогательных механизмов, связи и сигнализации, освещения и отопления. Суммарная мощность электродвиВнгателей гидротехнических сооружений и судов технического флота неВнредко превышает 300-500 кВт. Такая энерговооруженность объектов водного транспорта соответствует общему состоянию электрификации народного хозяйства, где электропривод потребляет более 60 проценВнтов вырабатываемой электроэнергии
Отличной чертой современного производства является высокоразвиВнтая система управления объектами, которая обеспечивает автоматичесВнкое управление технологическими процессами. Электропривод все более приобретает черты автоматизированного . Автоматизированные электропВнриводы условно делятся на три уровня. Основу систем первого уровня составляют автоматизированные электроприводы отдельных рабочих маВншин или процессов ( локальные системы ). Системы второго уровня объединяют электроприводы функционально связанных рабочих машин или процессов с включением устройств контроля, сбора и обработки инфорВнмации. Системы третьего уровня включают ЭВМ и обеспечивают оптиВнмальное управление группой сложных приводов или процессов по заданВнным критериям и алгоритмам
Энерговооруженность основных объектов водного транспорта позвоВнляет коренным образом улучшить их характеристики
Основой электропривода производственных объектов является электВнрическая машина. Первый электрический двигатель постоянного тока с вращательным движением был создан в 1834 г . академиком Б. С. Якоби при участие академика Э. Х. Ленца. Этот двигатель в 1838 г . был применен Б. С. Якоби для приведения в движение катера на реке Неве. Таким образом, родиной электродвигателя, а вместе с тем и первого электропривода была Россия. Указанная работа Б. С. Якоби получила мировую известность и многие последующие технические решения в обВнласти электропривода отечественных и иностранных электротехников были вариацией или развитием идей Б. С. Якоби
К наиболее существенным практическим достижениям в области ранВннего развития электропривода можно отнести работы В. Н. Чиколева создавшего привод электродов дуговой лампы ( 1873 г . ) и вентилятоВнров ( 1886 г . ), П. Н. Яблочкова, создавшего трансформатор ( 1876 г . ), М. О. Доливо-Добровольского , изобретателя асинхронного двигаВнтеля ( 1889 г . ), А. Н. Шубина ,р азработавшего привод с индивидуальВнным генератором ( 1899 г . ) ( система генератор-двигатель ) и друВнгие
Огромную роль в развитие электоропривода сыграли научные идеи крупнейшего русского электротехника Д. А. Лачинова, который раскрыл преимущества электрического распределения механической энергии, дал классификацию электрических машин по способу возбуждения, рассмотВнрел условия питания двигателя от генератора и особенности механиВнческих характеристик двигателя постоянного тока. Эта выдающаяся раВнбота Д. А. Лачинова явилась основой науки об электроприводе, котоВнрая позднее была развита трудами главным образом русских и советсВнких ученых, среди которых должны быть названы П. Д. Войнаровский ,
В. К. Дмитриев, С. А. Ринкевич , В. К. Попов, Р. Л. Аронов, А. Г. Голованов, М. Г. Чиликин , В. И. Полонский и другие
Развитие науки об электроприводе способствовало росту степени электрификации и автоматизации производственных объектов и созданию совершенных систем автоматизированного привода механизма ворот и затворов шлюзов, судоподъемных устройств и судов технического флоВнта
Электрооборудование на речном транспорте развивается по пути дальнейшего совершенствования существующих устройств и создание ноВнвых эффективных автоматизированных систем
1.1. Общие сведения об электрооборудовании водных путей . Протяженность внутренних водных путей, Ва пригодных для Ва судоходства, в нашей стране составляет около 500 тысяч километров, однако активно используются только 150 тысяч километров, из которых около 80 тысяч километров освоено за годы советской власти. В это же вреВнмя построено около 16 тысяч километров искусственных водных путей, в том числе Беломорско-Балтийский канал ( ББК ), Волго-Балтийский водный путь ( ВБВП ) имени В. И. Ленина, Волго-Донской судоходный канал ( ВДСК ) имени В. И. Ленина, канал имени Москвы ( УКиМ ). Водный транспорт занимает все более заметное место в народном хоВнзяйстве нашей страны и для дальнейшего роста грузооборота и пассаВнжирских перевозок требует совершенствования водных путей. Для этого проводят руслоочищение, дноуглубление, выправление, регулирование стока и шлюзование. Кроме того, для обеспечения безопасности плаваВнния на водных путях создается судоходная обстановка в виде системы береговых и плавучих знаков, определяющих направление судового хода и его границы. Судоходная обстановка, выправление водных путей с помощью дамб, полузапруд и других сооружений, а также регулирование стока благодаря специальным водохранилищам, при всей своей масштабВнности не отличаются большими расходами электроэнергии или специфиВнкой электрификации. Поэтому основное внимание уделяется шлюзованию и использованию специального флота для руслоочищения и дноуглублеВнния
Шлюзование реки позволяет резко увеличить глубины в речном потоВнке в результате строительства вдоль пути водоудерживающих плотин со специальными судопропускными сооружениями в виде шлюзов или судоВнподъемников
Улучшение судоходности водных путей повышает безопасность плаваВнния и является одним из условий успешного развития водного трансВнпорта. Оно, в частности, осуществляется подъемом воды напорными гидротехническими сооружениями с судоходными шлюзами или судоподъВнемниками
Судоходным шлюзом называется сооружение, предназначенное для пеВнревода судов из одного бьефа в другой, отличающихся уровнем воды. Разность уровней воды в верхнем и нижнем бьефах воспринимается шлюВнзом как напор
Шлюзование осуществляется с помощью камеры 1, разделяющей бьефы, и устройств, позволяющих выравнивать уровни воды в камере отдельно с верхним и нижним бьефами. Со стороны каждого бьефа камера имеет судоходные отверстия, перекрываемые воротами 2. Для маневрирования воротами шлюзы оборудуются механизмами, располагаемыми на площадках или помещениях голов шлюзов. При наполнении и опорожнении камера соВнединяется с бьефами водопроводными галереями 3, которые перекрываВнются затворами. Водопроводных галерей и затворов может не быть, есВнли для наполнения или опорожнения используются судоходные отверсВнтия
Для ремонта шлюза предусматриваются затворы, позволяющие отдеВнлить его от верхнего и нижнего бьефа при осушении камеры
Кроме ворот и затворов с механизмами, камеры шлюза оборудуются причальными устройствами для учалки судов
Примыкающие к верхней и нижней головам шлюза подходы состоят из каналов для захода судна в шлюз, направляющих устройств, обеспечиВнвающих безопасность входа судов в камеру, причальных устройств и сооружений для отстоя судов в ожидании шлюзования
Обеспечение четкой и безопасной проводки судов на современных шлюзах гарантируется с помощью навигационной сигнализации, связи и автоматического управления всеми операциями шлюзования
На внутренних водных путях нашей страны эксплуатируются более 100 судоходных шлюзов. Габариты шлюзовых камер достигают: длина - 300 м , ширина - 30 м , напор на одну камеру - 20 м
Различные по своим техническим характеристикам современные судоВнходные шлюзы представляют собой уникальные сооружения с высокой степенью электрификации, которая позволяет коренным образом улучВншить технологию производственных процессов и условия труда обслужиВнвающего персонала
Состав и характер электрического оборудования шлюза определяются его местом в технологической линии, интенсивностью движения на водВнной магистрали и уровнем автоматизации управления
Успешная работа судоходного шлюза зависит от надежности и четВнкости действия всех элементов электрического оборудования. В проВнцессе проектирования и строительства шлюзов предусматривается, что их электрическое оборудование должно обеспечивать:
заданный технологический режим работы объекта;
постоянную готовность Ва к действию;
возможность дистанционного, а в необходимых случаях и автоматиВнческого управления;
экономичность и полную безопасность работы
Указанные требования выполнимы лишь при высокой степени электриВнфикации, автоматизации и качества электрического оборудования
1.2. Состав и назначение механического оборудования гидротехниВнческих сооружений.
Механическое оборудование шлюзов делится на :
основное , предназначенное для непосредственного выполнения опеВнраций по пропуску судов через шлюз. К нему относятся рабочие вороВнта, затворы и их механизмы;
вспомогательное , необходимое для обеспечения пропуска судов по определенной схеме и включающее подвижные и неподвижные причальные устройства;
ремонтное , предназначенное для отделения камеры от верхнего и нижнего бьефов, состоящее из ремонтных и аварийных ворот, подъемных устройств, насосных агрегатов и т.п
Различные размеры камер шлюзов и назначения напоров, а также специфика работы вызвали появление большого разнообразия конструкВнций шлюзовых ворот ( плоские, подъемно-опускные, сегментные, откатВнные, двустворчатые и другие ) и затвор галерей ( плоские, сегментВнные, цилиндрические, дисковые и т.п.)
В настоящее время наибольшее распространение получили плоские подъемно-опускные и сегментные ворота для верхних голов шлюзов, двустворчатые - для нижних, плоские и цилиндрические затворы - для галерей
Плоские подъемно - опускные ворота представляет собой щит 1, перекрывающий судоходное отверстие и перемещающийся на
колесных или скользящих опорах в вертикальных боковых пазах 2. НижВнняя часть ворот выполнена с наклоном в сторону камеры для направлеВнния струи при наполнении на гасители и устранения вакуума под щитом и при его подъеме. Аналогичное устройство имеют и плоские затворы водопроводных галерей
В эксплуатационных условиях ворота могут принимать три положеВнния: 1) рабочее ( судоходное отверстие перекрыто ); 2) наполнение
( открыта часть судоходного отверстия ) ; 3) судоходное ( судоходное
отверстие открыто )
По эксплуатационно-гидравлическим требованиям при наполнении камеры шлюза ворота приподнимаются на рабочем положением на 1- 3 м с ограниченной скоростью до 0,2-0,6 м/мин, а по окончании наполнеВнния, на скорости, превышающей скорость перемещения при наполнении в 20-25 раз, они опускаются в судоходное положение. В рабочее положеВнние из судоходного ворота перемещаются также с большой скоростью
Плоские ворота конструктивно просты и позволяют перекрывать суВндоходные отверстия значительных размеров при относительно небольших габаритах голов камеры. Однако перемещение в вертикальной плоскости и требование двух резко отличающихся скоростей движения вызывает необходимость применения сложных приводных устройств и сооружения помещении для расположения электромеханического оборудования
Сегментные ворота по назначению аналогичны плоским подъемно - опускным, но перемещаются они не по вертикали, а по дуВнге. Рабочая поверхность их криволинейна, что позволяет за счет давВнления воды в операции наполнения камеры обходится меньшими усилиями для подъема таких ворот по сравнению с плоскими
Двустворчатые ворота состоят из двух полотен 1, вращающихся вокруг вертикальных осей, расположенных у стен камеры
2. В закрытом состоянии полотна опираются друг на друга опорными подушками створных столбов, образуя угол 160-170 о с вершиной, напВнравленной в сторону большего уровня воды ( верхнего бьефа ), создаВнющего усилие для удержания створок закрытыми
В эксплуатационных условиях двустворчатые ворота могут занимать лишь два положения: рабочее ( судоходное отверстие закрыто )и судоВнходное ( судоходное отверстие полностью открыто ), так как наполнеВнние камеры шлюза при такой системе ворот осуществляется с помощью обводных галерей, снабженных своими затворами
Цилиндрические затворы водопроводных галерей (рисунок 5 ) предсВнтавляет собой цилиндр 1, установленный в специальной нише и перекВнрывающий водопроводное отверстие своей торцовой частью. Рабочее пеВнремещение затвора осуществляется в вертикальной плоскости с помощью винтовой передачи 2 или гибкого тягового органа
Благодаря цилиндрической форме поверхности затвора боковое давВнление воды на него уравновешивается, поэтому подъемное усилие при маневрирование затвором невелико. К недостаткам цилиндрических затВнворов относятся потребность в сложной форме галерей и чувствительВнность к вибрациям
Механизмы ворот и затворов различаются в зависимости от размеров шлюзов, их конструкции и общей компоновки. Все механизмы, как праВнвило, имею редукторы или гидравлические передачи и тяговые органы. В качестве последних применяются цепные, тросовые, кривошипно-шаВнтунные, штангово-цепные и штанговые устройства
Гидравлические передачи используют как для изменения передаточВнного числа и скорости движения рабочего органа, так и для получения необходимого вида механической характеристики привода. В гидравлиВнческих передачах рабочем телом является жидкость, свойства которой и определяют особенности этого типа передач
Как и в любой передаче, в гидравлической также имеются входное и выходное звенья: первым может быть вал насоса, вторым - поступательВнно перемещающийся поршень в гидроцилиндре
Гидравлические передачи делятся на гидростатические ( объемного действия ) и гидродинамические. Во-первых давление, создаваемое наВнсосом, передается через жидкость как рабочее тело на исполнительный орган, во вторых жидкость приводится во вращательное движение ведуВнщим звеном и увлекает за собой ведомое
Мощность гидростатических систем в основном определяется давлеВннием жидкости, и расход ее сравнительно невелик. Гидродинамические системы, наоборот, характеризуются большим расходом жидкости и маВнлым статическим давлением
Гидростатические передачи, способные обеспечить большие передаВнточные числа и преобразовать вид движения, получили преимущественВнное применение на водном транспорте. Выходные звенья этих передач могут иметь возвратно-поступательное, вращательное или возвратВнно-поворотное движение ( соответственно силовые гидроцилиндры, гидВнромоторы , моментные гидроцилиндры )
На рисунке 6 представлена простейшая гидропередача, преобразуюВнщая вид движения. Давление, создаваемое насосом 1, с помощью распВнределителя 2 передается правой или левой полости цилиндра 3, обесВнпечивая необходимое направление движения рабочего органа. ДросселиВнрованием , т.е. отводом части жидкости с помощью дросселя 4 в емВнкость 5 по сливной магистрали, можно управлять скоростью движения поршня. Скорость движения рабочего органа можно изменять также реВнгулированием насосной установки
Гидравлические передачи имеют ряд достоинств, обеспечивающих их широкое применение в промышленности и на транспорте:
возможность различного расположения узлов и Ва элементов;
сравнительная легкость изменения направления движения рабочего органа;
простота защиты установки и рабочих органов от перегрузки;
бесшумность работы;
малая масса на единицу Ва мощности;
простота преобразования вращательного движения в поступательное и обеспечение больших передаточных чисел в объемных передачах
Основными недостатками этих передач являются; сложности прокладки трубопроводных коммуникаций; большие потери давления Ва и Ва утечки жидкости в уплотнениях; зависимость характеристик Ва систем Ва от Ва температуры жидкости и ее
вязкости
Тяговые органы служат для соединения приводного механизма с раВнбочим органом, т. е. с воротами или затворами шлюзов. Тяговые органы работают в исключительно тяжелых условиях, особенно в подъемных меВнханизмах, где часто они находятся в воде и трудно доступны для обсВнлуживания. Учитывая неравномерность нагрузки и тяжелые условия их работы, при проектировании тяговых органов стремятся обеспечить им прочность и надежность
1.3. Основные свойства электрифицируемых механизмов гидротехниВнческих сооружений.
Электрифицируемые механизмы гидротехнических сооружений работают в условиях, отличающихся влажностью ( 100 % ), большими перепадами температуры ( 20-50 о С ) ,з начительными колебаниями нагрузки Ва и Ва длиВнтельными перерывами в работе ( при шлюзовании и особенно в межнавиВнгационный период ). Ва Для обеспечения безаварийной работы эти Ва мехаВннизмы Ва должны быть достаточно прочными, Ва долговечными и надежными в эксплуатации. Кроме того, они должны иметь высокие технико-экономиВнческие показатели.
Перечисленные требования распространяются и на электрическое оборудование
Главные нагрузки, действующие на электроприводы основных мехаВннизмов гидротехнических сооружений, создаются:
собственным весом перемещаемых устройств;
давлением воды и ветра на них
Кроме этого, могут возникнуть случайные нагрузки, вызванные наВнвалом свободно плавающих предметов и шлюзуемых судов, обледенением, ледоходом и т. п
Указанные нагрузки, веса устройств, не остаются неизменными в процессе работ, поэтому все расчеты выполняются для двух возможных их сочетаний: основного и особого. В основное сочетание включают нагрузки, действующие постоянно при работе механизма, в особое - главные и случайные ( удары топляков, заклинивание, ледоход и т. п.). Сочетания нагрузок выбирают в соответствии с практической возВнможностью одновременного их воздействия как на привод в целом, так и на отдельные его элементы. Нагрузки определяют для статического и динамического режимов работы
По действующим в системе нагрузкам рассчитывают соответствующие им моменты и суммированием последних вычисляют результирующие моВнменты сопротивления движению М с
При определении момента сопротивления нагрузки от навала свободВнно плавающих предметов и шлюзуемых судов, а также от обледенения и ледоходов можно не учитывать, пологая их выходящими за пределы макВнсимального момента привода и регламентирующими лишь прочность консВнтрукции электрифицируемого устройства
При этом например, для двустворчатых ворот с тросовыми, цепными, штанговыми и штангово-цепными передачами моменты ( в Н*м ) от дейсВнтвующих нагрузок приближенно будут такими:
а) от веса системы ( момент трения в пяте и гвальсбанде )
М тр =23F и fr и +F г fr г ,
где F г и F и - реакция в пяте и гальсбане , Н;
f Ва - коэффициент трения;
r и , r г - радиус пяты и гальсбана , м;
б) от гидростатического и гидродинамического давления воды на створку
М г =0,5Yhl 2 Dh+0,15rhl 2 *q 2
где Y - вес единицы объема воды, Н/м 3 ;
h - заглубление створки, м ;
l - длина створки, м ;
Dh - перепад уровней воды, м; r - плотность воды, кг/м 3 : q - скорость движения створки, м/ с :
в) от действия ветра
М в =F в l /2,
где F в - сила ветра, действующая на створку, Н;
l Ва - длина створки, м
Момент сопротивления будет равен
М с =М тр +М г +М в
В динамическом режиме работы, кроме перечисленного, учитывают дополнительный момент ( в Н*м ) от сил инерции створки:
М и = Jw /t,
где J - момент инерции створки, кг*м 2 ;
w - угловая скорость движения створки, с -1 ;
t - время динамического режима, с ;
Момент сопротивления движению подъемно-опускных ворот (затворов) создается главным образом весом ворот и сопротивлением трения в опорно-ходовых и закладных частях. Составляющие момента сопротивлеВнния (в Н*м ) можно определить следующим образом:
а) от собственного веса ворот ( затвора )
М в =GR б ,
где G - вес ворот с тяговым устройством, Н;
R б - радиус барабана подъемной лебедки, м ;
б) от трения в опорно-ходовых и закладных частях
М тр =f 1 PR б +f 2 DPR б ,
где f 1 , f 2 - коэффициент трения опорного устройства и уплотнения;
P и DP - силы гидростатического давления на ворота и на закладВнные части, Н
При этом М с =М в +М тр . Для привода затворов галерей, кроме указанных нагрузок, учитывают момент, создаваемый вертикальным давлением воВнды:
М верт =YSR б ( H в -f о Н н ),
где ВаВа S - площадь затвора ,м 2 ;
H в , Н н - напор на верхнюю и нижнюю ( выпор ) поверхности затвоВнра, м;
f о - коэффициент подсоса
1.4 Элементы Ва электрического оборудования шлюзов.
Электрическое оборудование, обеспечивающее четкую и надежную раВнботу гидротехнических сооружений, условно можно разделить на три основных группы: силовое электрооборудование приводов, электричесВнкие аппараты и системы управления, элементы и устройства электросВннабжения.
1.4.а. Силовое оборудование приводов. К силовому электрооборудоВнванию прежде всего относят электрические двигатели и электрические приводы тормозов
Электрические двигатели. К электрическим двигателям гидротехниВнческих сооружений предъявляются высокие требования в отношении обеспечение нормальной работы в условиях резких колебаний нагрузки, температуры окружающей среды и повышенной влажности. На гидротехниВнческих сооружениях применялись исключительно крановые электродвигаВнтели переменного тока с
короткозамкнутым и фазным ротором серии МТК и МТ специального исполнения, обладающие достаточно высокой перегВнрузочной способностью и механической стойкостью. От обычных они отВнличаются тем, что обмотка статора их при изготовлении подвергается вакуумной пропитке изоляционным влагостойким компаундом, а в подВншипниковых щитах имеются вентиляционные отверстия, предназначенные для предотвращения появления конденсата внутри двигателя
В настоящее время на гидротехнических сооружениях получают распВнространение и крановые двигатели серий МТКВ МТВ с изоляцией класса В , допускающей увеличение номинальной мощности двигателя при прежВнних габаритных размерах
Из - за отсутствия крановых двигателей необходимой мощности стаВнли применяться двигатели общепромышленного назначения. Однако эти двигатели менее надежны в эксплуатации, хуже работают в условиях гидротехнических сооружений, обладают меньшей перегрузочной способВнностью
Режим работы двигателей гидротехнических сооружений, как правиВнло, кратковременный с ярко выраженной цикличностью работы. ПродолВнжительность цикла в зависимости от вида сооружения и характера раВнботы составляет 30 -60 минут. Продолжительность работы двигателей в цикле при этом колеблется от одной до 6 - 8 минут
Электрические приводы тормозов. Большинство механизмов гидротехВннических сооружений снабжают тормозами закрытого типа, как правило, колодочными. Тормоза служат для удержания подъемноопускных устройсВнтв в поднятом положении, а поворотных в строго фиксированном полоВнжении. Кроме того, с помощью тормоза можно сократить тормозной путь
- выбег механизма. Особенно высокие требования предъявляются к торВнмозам многодвигательных систем, где необходима одинаковая эффекВнтивность действия тормозов для сохранения синхронизации и последоВнвательности движения элементов
Для приведения в действие механических тормозов применяются длинноходовые электромагниты серии МО и электрогидравлические толВнкатели серии ЭГП
1.4.б. Электрические аппараты системы управления. Эта группа объединяет аппараты коммутации и защиты, аппараты технологической последовательности и блокировок, контроля и сигнализации. Кроме упВнравления основными механизмами и процессами, специальные системы этой группы аппаратов обеспечивают информацию о состоянии наиболее ответственных элементов и режимах работы и осуществляют регулироваВнние движения судов
Коммутационные аппараты. Ва Для коммутации силовых цепей гидротехнических сооружений применяются в основном электромагнитные контакВнторы серии КТ. Ва Бесконтактные ( полупроводниковые ) контакторы тока используют лишь в опытном порядке с тиристорными станциями управлеВнния
Аппараты защиты. На шлюзах применяются максимальная токовая и минимальная защита. Для максимальной токовой защиты двигателей воВнрот и затворов обычно используют электромагнитные или индукционные реле максимального тока серии РЭ и ИТ , Для защиты от перегрузок электротепловые реле ТР, для минимальной защиты - реле напряжения
Реле промежуточное используется для подготовки цепей управления к заданным операциям (например, цикловому или раздельному управлеВннию ) . Кроме того, промежуточные реле в некоторых случаях позволяют сократить число контактов, включаемых в цепь управления. Например, вместо того чтобы включить кнопку " Стоп " всех постов управления в цепь управления, можно включить их цепь катушки промежуточного реВнле. При нажатии любой из этих кнопок размыкаются контакты этих реле в цепи управления, и происходит остановка привода. В качестве промеВнжуточных реле широкое применение находят реле серии РП
Реле времени служат для управления контакторами ускорения, а также в других случаях, когда необходимо, чтобы между двумя операВнциями был определенный промежуток времени. Для этих целей на водных путях в основном используются электромеханические реле с приводом на переменном токе и электромагнитные реле времени постоянного тоВнка
Кнопки и ключи управления применяются общего назначения, рассчиВнтанные на работу в условиях повышенной влажности
Путевые выключатели. На шлюзах чрезвычайно распространены путеВнвые выключатели. Они служат для отключения двигателей при достижеВннии затворами конечных и предельных положений, а также для блокироВнвок. Различают путевые выключатели двух типов: блок - аппараты и конечные выключатели. Первые, по своему устройству подобные команВндоконтроллерам , являются средством управления и блокировок в функВнции пути, а вторые, обычно рычажного типа, устанавливаются для сраВнбатывания в конце пути
На гидротехнических сооружениях находят применение и бесконтактВнные выключатели, работа которых основана на изменении их индуктивВнного или емкостного сопротивления при перемещении подвижного якоря. Такие выключатели малогабаритны, герметичны, с успехом работают в агрессивной среде, и в частности в подводных частях сооружений
Панели и пульты. Аппаратуру управления и защиты располагают, как правило, на контакторных панелях, собранных из прямоугольных изоляВнционных плит и укрепленных на угловых стойках. Коммутационную аппаВнратуру, реле управления и защиты устанавливают на лицевой стороне с выводом защиты для монтажа с обратной стороны панелей, где находятВнся измерительные трансформаторы и пускорегулирующие резисторы. РазВнмещение чувствительных реле на контактных панелях в непосредственВнной близости от мощных контакторов имеет существенный недостаток, заключающийся в ложных срабатываниях реле от вибрации, вызываемой включением и выключением контакторов. Поэтому на современных шлюзах чувствительную аппаратуру управления располагают на отдельных панеВнлях, называемых панелями автоматики. Командоаппараты и приборы техВннологического контроля и сигнализации устанавливают в полном объеме на центральном или в сокращенном на местном пультах управления. Все приборы и устройства на центральном пульте управления размещают в соответствии с мнемонической схемой объекта. Центральный пульт наВнходится в отдельном помещении, чтобы обеспечить оператору хорошую видимость объекта. Местный пульт обычно устанавливают непосредсВнтвенно около управляемого механизма и снабжают запирающейся крышВнкой
1.4. в Оперативная сигнализация. К числу основных устройств сигВннализации и контроля относятся устройства производственной ( операВнтивной, поисковой и аварийной ) сигнализаций. Среди них наиболее заметное место занимает оперативная сигнализация
Для успешной работы оператор шлюза должен иметь возможность в любое время установить, в каком положении находятся ворота и затвор ( насколько они открыты или закрыты ), а также каковы уровни воды в камере и обоих бьефах. Для этой цели применяется оперативная указаВнтельная ( индикаторная ) сигнализация. На (рисунке 6,а и б) изобраВнжены показатели положения подъемно - опускных и двустворчатых воВнрот. Основу указателей составляют сельсины, образующие систему синхронной связи (см. п. 30 )
С приводом ворот связан ротор сельсина - датчика, который повоВнрачивается при их перемещении. При этом поворачивается и ротор сельсина приемника, электрически соединенного с сельсином - датчиВнком. С сельсином - приемником, находящемся на центральном пульте управления, связан указатель, который и отражает положение ворот
Указатель уровня воды в камере работает следующим образом. На одной из голов шлюза устанавливают колодец, сообщающийся с камерой, в который помещают поплавок, закрепленный на тросе и уравновешенный противовесом. При изменении уровня воды в камере поплавок поднимаВнется или опускается, отчего начинает вращаются ролик, охватываемый тросом. Это вращение передается через редуктор сельсину - датчику и через сельсин - приемник отражается на экране стрелочного, ленточВнного или цифрового указателя. Аналогично работают и указатели уровВння воды в бьефах
Как известно, дифференциальный сельсин - приемник позволяет опВнределить угол рассогласования между роторами двух сельсинов - датВнчиков. Этот принцип положен в основу работы указателей ( индикатоВнров ) разности уровней воды в камере, верхнем или нижнем бьефах и указателей перекоса затвора
Обмотка статора дифференциального сельсина - указателя разности уровней получает питание от ротора сельсина - датчика, угол повороВнта которого зависит от уровня воды в бьефе (верхнем или нижнем ) , а обмотка ротора включена на зажимы ротора датчика, угол поворота которого зависит от уровня воды в камере. Указатель разности уровВнней воды необходим для управления воротами шлюза
Указатель перекоса предусматривают, если затвор поднимается и опускается с помощью двух механически не связанных двигателей, усВнтановленных на противоположных устоях камеры. Даже при наличии " электрического вала " в таких случаях возможно появление перекоса. Перекос затвора весьма опасен из-за увеличения напряжений в нем и возможности его заклинивания, а также перегрузок электрических двиВнгателей
Статор дифференциального сельсина - указателя перекоса получает питание от ротора сельсина - датчика положения левой
стороны затвоВнра, а его ротор подключен к ротору сельсина - датчика положения правой стороны затвора. Если перекос превышает заданное максимальВнное значение, цепь управления данным приводом автоматически разрыВнвается
Рассматриваемые приборы выполняют не только функции сигнализаВнции, но и контроля. Они имеют контакты, замкнутые при угле рассогВнласования, не превышающем заранее заданного значения, и разомкнуВнтые, если этот угол больше допустимого. Контакты указателей включаВнются в цепь соответствующих реле, а контакты последних - в цепь упВнравления. На (рисунке 6) приведена принципиальная схема оперативной указательной сигнализации для одного из шлюзов
На схеме приняты следующие обозначения: ВСВ - датчик уровня воды верхнего бьефа; ВС11 - датчик положения ворот верхней головы; ВС12
- то же, правой стороны; ВЕВ 2 - приемник разности уровней воды межВнду верхним бьефом и камерой; ВЕВ - приемник абсолютного уровня воды верхнего бьефа; ВЕ1 - приемник положения ворот верхней головы; ВЕР1
- приемник перекоса ворот верхней головы; ВС 2 - датчик уровня воды в камере; ВСН - датчик уровня воды в нижнем бьефе; ВС31 - датчик положения левой створки ворот нижней головы; ВС32 - датчик положеВнния правой створки ворот нижней головы; ВС41 - датчик положения леВнвого затвора галерей; ВС42 - то же правого затвора галерей; ВЕН2 - приемник разности уровней воды между камерой и нижним бьефом; ВЕН - приемник абсолютного уровня воды в нижнем бьефе; ВЕ31 - приемник положения левой створки ворот нижней головы; ВЕ32 - приемник полоВнжения правой створки ворот нижней головы; ВЕ41 - приемник положения затвора левой галереи; ВЕ42 - приемник положения затвора правой гаВнлереи; KV2 - реле напряжения цепи питания сельсинов; КВ 2 - реле разностей уровней воды межу верхним бьефом и камерой; КН 2 - реле разностей уровней воды между камерой и нижним бьефом; KV1 - реле перекоса
Как видно из схемы, в камере, в верхнем и нижнем бьефах, устаВнновлено три датчика: ВС 2 - датчик уровня воды в камере; ВСВ - датВнчик уровня воды в верхнем бьефе; ВСН - датчик уровня воды в нижнем бьефе, каждый из которых питает ротор обычного сельсина - указателя уровня. Кроме того, каждый из этих датчиков питает одну из обмоток дифференциальных сельсинов, контролирующих разность уровней. Для ворот верхней головы на схеме показано три датчика. Один из них - ВС 1 - питает ротор приемника, указывающего положение затвора, два других - ВС11 и ВС12, связанных с левой и правой сторонами ворот, - питают дифференциальный сельсин - указатель перекоса. Что касается двустворчатых ворот и затвора водопроводных галерей, то на каждые створку и затвор установлено по одному датчику, питающему ротор приемника, который указывает положение той или иной створки или затвора
Указатели разности уровней и перекоса снабжены контактной систеВнмой. Ва Контакты указателей включены последовательно с катушками проВнмежуточных реле разности уровней и перекоса
Контакты SB2 и SH2 замкнуты при одинаковых уровнях, при неравных - разомкнуты. Ва Контакты SP1 замкнуты при перекосе, не превышающем заВнданное значение, при большем перекосе они разомкнуты
Оперативная сигнализация у различных шлюзов устроена неодинакоВнво. В качестве примера рассмотрим принципиальную схему оперативной ламповой сигнализации, в которой КВ1 - контакт реле миВнгающего сигнала; SQ1 - SQ3, SQ6 и SQ7 - контакты путевого выключаВнтеля, замкнутые при открытых затворах ( воротах ); SQ4, SQ5, SQ8, SQ9 - то же, замкнутые при закрытых воротах; KV - контакт реле блоВнкировки ворот, замкнутый при закрытых воротах; К12 и К32 - контакты реле разности уровней воды между
камерой и верхним и нижнем бьефаВнми, замкнутые при уравненных уровнях. При открытом затворе горит зеленая лампочка Н3, при закрытом - красная НК, при движении затвоВнра лампа мигает. Показанные на схеме замыкающие и размыкающие конВнтакты являются вспомогательными контактами оперативных аппаратов управления операциями открытия О и закрытия Z затворов ( ворот )
Пусть, например, ворота верхней и нижней голов шлюза закрыты, затворы водопроводных галерей открыты и уровень в камере выровнен с уровнем нижнего бьефа. В этом случае будут разомкнуты контакты пуВнтевого выключателя SQ1, SQ4, SQ5 - SQ7 и замкнуты контакты SQ2, SQ3, SQ8, SQ9. Будут замкнуты замыкающие контакты KV1 и К12 и закВнрыты все показанные на схеме размыкающие контакты. В результате этого будут гореть красные лампы НК3, НК 4 , НК16 - НК18 и зеленые Н36 - Н39
Пусть получают питание катушки оперативных контакторов КО 1 и КО2, включающие двигатели приводов двустворчатых ворот в сторону открытия. Створки ворот придут в движение. При этом разомкнутся размыкающие контакты КО 1 и КО2 и замкнутся замыкающие контакты КО1 и КО2. зеленые лампы НЗ13 - НЗ15 загорятся мигающим светом. КонтакВнты путевого выключателя SQ8 и SQ9 разомкнутся, и красные лампы НК16- НК18 погаснут. Когда створки полностью откроются, потеряют питание катушки контакторов КО 1 и КО2, откроются замыкающие контакВнты КО1 и КО2 и закроются размыкающие вспомогательные контакты КО1 и КО2. Поскольку при открытых створках контакты SQ6 и SQ7 замкнуты, зеленые лампы горят постоянным светом
Ответной частью оперативной сигнализации является та часть, коВнторая относится к изменению уровней воды и перепадов. На многих шлюзах эти устройства объединяют в общий водокомандный или водомерВнный прибор. В качестве примера приведена схема комбинированных воВндомерных приборов, которые измеряют уровни воды в камерах и бьефах, показывают их отметку и значение напоров на верхние и нижние вороВнта
Комплект водомерного прибора состоит из трех пар сельсинов ВС ( датчик ) и ВЕ ( приемник ). Они работают на исполнительные двигатеВнли М через дифференциальную механическую передачу, приводящую в движение счетное цифровое устройство и вспомогательные контакты. Функциональная схема одной пары сельсинов прибора приведена на (риВнсунке 9). Прибор работает по принципу фазового управления, при ко-
тором у исполнительного двигателя нагрузки по току независимо от угла рассогласования сельсинов всегда остаются примерно одинаковыми по значению
Особенностью и ценным свойством прибора является его самосинхроВннизация, заключающаяся в способности системы приходить в состояние согласования при появлении электрического питания, если рассогласоВнвание произошло при его отсутствие. Это достигается благодаря тому, что предельный угол поворота ( рассогласования ) роторов сельсинов принят меньше 180 о . Однако опыт эксплуатации комбинированных водоВнмерных приборов показал, что чувствительность их при измерениях пеВнрепадов уровней 15 - 20 м недостаточна
Для шлюзов с малым напором а также для бьефов, в которых изменеВнния уровня воды сезонные и при шлюзовании не превышают 1,5 - 3 м , можно повысить чувствительность следящей системы при фазовом управВнлении увеличением угла поворота роторов сельсина - датчика и сельВнсина - приемника ( в пределах 160 о ) на единицу перепада уровня воВнды. Для изменения соотношения перепада воды и угла поворота роторов в этом случае необходимо изменить соответствующим образом передаВнточные числа механизмов от поплавка к сельсину - датчику и от исВнполнительного двигателя к сельсину - приемнику и счетному механизВнму
1.4.г. Поисковая сигнализация. Бесперебойность работы шлюза в значительной степени зависит от того, как быстро будет найдена и ликвидирована неисправность в цепи управления, в результате которой тот или иной привод отказывает в работе. Такой неисправностью часто может быть разрыв цепи управления из - за того, что какой - либо контакт в ней не сработал, то есть оказался разомкнутым. Поскольку таких контактов в схеме электроприводов шлюза очень много, нахождеВнние неисправного контакта без специального устройства, называемым искателем повреждений, представляло бы большую трудность
Простейший искатель повреждений состоит из коммутатора SA и сигВннальной лампы HL, включаемых параллельно контролируемой цепи. При неисправности контролируемую электрическую цепь провеВнряют поворотом рукоятки искателя, передвигая ползунок по контактам, наблюдают за сигнальной лампой. По положению ползунка в котором заВнгорается лампа, находят неисправный контакт или участок цепи
Усовершенствование рассмотренного искателя повреждений является автоматический искатель. У него ползунок перемещается специальным импульсным ( шаговым ) двигателем, который приходит в движение всяВнкий раз, когда нарушается блокировочная цепь. Это происходит в реВнзультате замыкания размыкающего контакта контактора или реле, вклюВнченного в цепь блокировки. С помощью шагового двигателя ползунок искателя толчками перемещается с контакта на контакт и при достижеВннии места разрыва останавливается. После восстановления цепи имВнпульсный двигатель доводит ползунок до начального, нулевого, полоВнжения
На статоре 1 шагового двигателя имеются две обмотки постоянного тока, состоящие из трех катушек каждая. Катушки надеты на сердечник статора. Якорь шагового двигателя 2 имеет два полюса. При включении тока в одну из групп катушек другая группа, против которой находится полюсы якоря, отключаются. В результате якорь поВнворачивается на одно полюсное деление. Затем ток включается в друВнгую группу катушек, а ранее включенная отключается и якорь повораВнчивается еще на одно полюсное деление
Таким образом, посылая ток то в одну, то в другую группу катушек двигателя, получают "шаговое" вращение якоря и ползункового устВнройства искателя повреждений
Ползунковые и автоматические искатели имеют существенные недосВнтаток - от искателя к каждому проверяемому контакту необходимо прокладывать отдельный провод, а это, при значительном числе блокиВнровочных устройств, требует очень много контрольных кабелей. Кроме того, большое количество проводов и контактов, само по себе усложВнняя установку, делает ее менее надежной. В связи с этим было сконсВнтруировано более совершенное и надежное телемеханическое устройство
- телеискатель
К элементам, обеспечивающим работу телеискателя, относятся: реле искателя KV1; реле блокировки KV; линейный контакВнтор КМ; размыкающий контакт промежуточного реле максимальной защиты KVA; замыкающий контакт промежуточного реле кнопки "Стоп" KVS; заВнмыкающий контакт реле восстановления К 1 ; контакт датчика S, замкнуВнтый только в нулевом положении SA. При нормальной работе схемы, когда ни одно из максимальных реле не сработало и замкнуты все конВнтакты путевых выключателей, контакты KVA, KVS, KV и KM замкнуты, катушки линейного контактора КМ и реле блокировки KV получают питаВнние. При этом подвижной контакт телеискателя SA находится в нулевом положении ( как показано на схеме ), размыкающий контакт КМ разомкВннут и нижняя часть схемы не работает ( реле времени КТ1 - КТ3 обесВнточены )
Если, например, сработает какое либо реле защиты ( пусть К5Н ), сразу же получит питание катушка KVA ( на схеме не показана ), коВнторая разомкнет свой размыкающие контакты. В результате катушка КМ лишается питания и ее замыкающий контакт КМ размыкается, а размыкаВнющий контакт КМ замыкается. Аналогичная картина наблюдается при размыкании какого - либо контакта путевого выключателя. В этом слуВнчае теряет питание катушка блокировочного реле KV и размыкается заВнмыкающий контакт в цепи катушки КМ
В результате замыкания контакта КМ получает питание катушка КТ 1 , реле срабатывает и замыкает свои замыкающий контакт КТ1, который замыкает цепь катушки КТ2. Последняя, получив питание, размыкает размыкающий контакт в цепи катушки КТ 1 и отключает ее от сети, но сама не теряет питание, так как получает его через контакт КТ1, размыкающийся с выдержкой времени. Кроме того, реле КТ 2 замыкает контакты КТ2 и тем самым подготовит к работе реле КТ3 и обеспечит питание первой группы обмоток шаговых двигателей L1M1 и L1M2. РотоВнры обоих двигателей поворачиваются на один шаг, и подвижной контакт коммутатора SA переходит в положение 1
Если контакт К1Н замкнут, через него получает питание катушка KV1, замыкающий контакт которой шунтирует контакт S, размыкающийся при переходе контакта SA с нулевого в первое положение
Вернемся теперь к работе реле времени КТ 1 - КТ3. Поскольку реле КТ 2 отключило катушку КТ1, то с выдержкой времени оно само потеряет питание, но при этом замыкается размыкающий контакт КТ1 в цепи каВнтушки реле КТ3. Последнее, сработав, подает питание во вторую групВнпу обмоток шаговых двигателей L2M1 и L2M2. Роторы двигателей повоВнрачиваются на следующий шаг, и подвижной контакт коммутатора переВнмещается в положение 2. В связи с тем что катушка КТ 2 отключилась, вновь замыкается размыкающий контакт КТ2 в цепи КТ1 и схема прихоВндит в первоначальное положение. Опять срабатывают реле КТ 1 и КТ2 и через контакт КТ2 получает питание первая группа обмоток L1M1 и L1M2 и т.д., пока подвижной контакт коммутатора не переместится в положение 5. По принятому выше условию контакт К5Н разомкнут. ПоэВнтому реле KV1 теряет питание и катушки КТ 1 - КТ3 обесточиваются. Шаговые двигатели останавливаются. Положение подвижного контакта коммутатора указывает место повреждения. Поскольку одинаковое число шагов сделают двигатели датчика и приемника, то указатель, связанВнный с последним, покажет номер разомкнутого контакта в цепи управВнления
После устранения неисправности телеискатель вновь начинает рабоВнтать и его подвижной контакт доходит до последнего положения . При восстановлении схемы ( срабатывания реле восстановления и закрытия его замыкающего контакта К1 ) подвижной контакт коммутатора перемещается в нулевое положение и схема искаВнтеля опять готова к работе. Датчик искателя находится непосредсВнтвенно у механизма, а его приемник - на центральном пульте управлеВнния. Датчик и приемник соединены двумя проводами
1.4.д. Светофорная сигнализация. Светофорная сигнализация шлюзов может быть различной по количеству светофоров и числу огней в них. На приведена одна из возможных схем расстановки светоВнфоров для однокамерного шлюза. В пределах камеры вблизи каждых воВнрот устанавливают двузначные выходные светофоры Н13, Н23. Зеленый огонь разрешает выход из камеры, красный запрещает его. Вен камеры, в непосредственной близости от нее, у каждых ворот размещают входВнные светофоры Н12, Н22. Кроме того, на каждом бьефе на расстоянии 400 - 600 метров от камеры располагают светофор дальнего действия Н11, Н21. Иногда между входным и дальним светофорами устанавливаютВнся и промежуточные светофоры. Принципиальная схема управления огняВнми светофоров верхней головы приведена на
Светофорами управляют при помощи специальных выключателей S21, S22, S23. При этом цепи питания ламп входных и выходных светофоров сблокированы с соответствующими воротами таким образом, что зелеВнный ( разрешающий ) огонь может быть включен только при полностью открытых воротах
Из приведенной схемы видно, что при разомкнутых контактах S21, S22 и S23 горят красные огни, так как обесточены катушки реле К 1 , К3, и К5 и их размыкающие контакты замыкают цепи в первичных обмотВнках трансформаторов. При этом срабатывают катушки реле К 2 , К4, К6, замыкающие контакты которых включают красные сигнальные лампы на пульте
Если, например замкнуть контакт S21, то получит питание первичВнная обмотка трансформатора Т 1 - загорится зеленый огонь на дальнем светофоре. Включенное последовательно с этой обмоткой реле К 1 сраВнбатывает, размыкаются его размыкающие контакты, которые прерывают ток в первичной обмотке трансформатора Т2. Одновременно замыкаются его замыкающие контакты , которые включают зеленую лампу на пульте управления
Переключение огней входных и выходных светофоров при цикловом шлюзовании автоматизируется. Это значит, что при открытии соответсВнтвующих ворот в зависимости от направления шлюзования может автомаВнтически включатся разрешающий зеленый огонь на входном или выходном светофоре. Чтобы оператор был всегда осведомлен о цвете огней на светофорах и их исправности, на центральном пульте управления устаВннавливают лампы, дублирующие огни светофора. Эти лампы включаются таким образом, что при погасании лампы светофора немедленно гаснет соответствующая сигнальная лампа на пульте управления. Для этого последовательно с первичной обмоткой трансформатора, питающего данВнную лампу светофора, включается катушка одного из чувствительных реле К 1 - К6. При нормальной работе светофора ток, текущей по каВнтушке реле, достаточен для того, чтобы закрылись его замыкающие контакты и включили сигнальную лампу. Если нить лампы светофора пеВнрегорит или произойдет обрыв цепи вторичной обмотки трансформатора, ток, текущий по первичной обмотке трансформатора, уменьшается, и заВнмыкающие контакты реле разомкнутся
1.4.е. Элементы и устройства электроснабжения. К числу основных элементов и устройств для обеспечения гидротехнических сооружений электрической энергией относятся: силовые трансформаторы, распредеВнлительные устройства снабжением свыше 1000 В , шкафы распределительВнные силовые и кабельные сети
Силовые трансформаторы. Ва В ВаВа качестве Ва силовых трансформаторов на
гидротехнических сооружениях Ва применяются Ва масляные Ва трансформаторы
типа ТМ, осуществляющие трансформацию электрической энергии напряВнжения 6, 10, 35 кВ в напряжение приемников электрической энергии, равное 0,4 кВ. Трансформаторы, как правило, с естественным охлаждением устанавливаются в ячейках специальных помещений, находящихся в непосредственной близости от приемников электрической энергии. В полу ячеек размещают маслоприемник для слива масла в случае аварии с трансформатором, которые засыпают крупным гравием и щебнем. Для отбора пробы масла в нижней части трансформатора предусматриваю специальный отборный кран. Для изменения выходного напряжения силоВнвого трансформатора в процессе эксплуатации на +5% предусматриваетВнся возможность переключения обмоток в обесточенном состоянии трансВнформатора
Распределительные устройства Ва напряжением свыше 1000 В. Ва Для управления трансформаторами, питающимися и отходящими линиями примеВнняются распределительные устройства ( РУ ) напряжения до 1000 В. В ячейках этих устройств устанавливают коммутационные защитные, измеВнрительные и сигнальные устройства. В качестве коммутационных аппаВнратов используются шинные и линейные разъединители, выключатели нагрузки и масляные выключатели. Коммутационные аппараты снабжают ручным и двигательным приводом. Наиболее распространенным типом привода на трансформаторных подстанциях гидротехнических сооружений является привод ПРБА рычажный с блинкером срабатывания, максимальВнной и минимальной защитой, действующей на отключение. Для систем с автоматическим отключением резерва ( АВР ) применяется привод дисВнтанционного управления типа УГП - универсальный грузовой привод с автоматической защитой. На гидротехнических сооружениях используют РУ закрытого исполнения, предназначенные для размещения в отдельных помещениях трансформаторных подстанций или в отдельных помещениях поблизости от силовых трансформаторов
Шкафы распределительные силовые. Служат для распределения электВнроэнергии от силового трансформатора по группам электроприемников и отдельным крупным приемникам. Силовые распределительные щиты компВнлектуются из стандартных панелей и содержат сборные шины, коммутаВнционную аппаратуру, защиту, сигнализацию и контрольно - измерительВнную аппаратуру. На гидротехнических сооружениях получили распростВнранение распределительные щиты с двусторонним обслуживанием. На лиВнцевой стороне таких щитов размещены приводы коммутационных аппараВнтов, измерительные и сигнальные устройства, а токоведущие части расположены на обратной стороне панелей. Широко применяются компВнлектные распределительные щиты закрытого типа, в которых в качестве коммутационной и защитной аппаратуры используются электромагнитные аппараты управления. Распределительные щиты устанавливают в отдельВнном помещении преимущественно вблизи от центрального пульта управВнления
Кабельные сети. Ва В качестве распределительных сетей на гидротехнических сооружениях применяются электрические кабели. Ва Для силовых цепей при напряжении до 1000 В преимущественно используются брониВнрованные кабели с медными жилами, свинцовой оболочкой и бумажной изоляцией СБТ. Находят применение так - же силовые кабели с алюмиВнниевыми жилами в свинцовой или алюминиевой оболочке АСБ и ААБ
В качестве контрольных кабелей преимущественное распространение получили бронированные кабели со свинцовой или виниловой герметизиВнрующей оболочкой с медными жилами КСРБ и КВРБ
Для присоединения подвижных электроприемников и переносной электроаппаратуры применяются гибкие шланговые кабели с резиновой изоляцией КРПТ, ШРПС и ШРМ
Удобство монтажа и обслуживания обеспечивает маркировка кабелей и кабельных жил с указанием типа кабеля и назначения жил
2. ОПИСАНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ОБЪЕКТА
Затворы, которые служат для перекрытия судоходных отверстий в головах шлюзов, называют воротами. В зависимости от назначения и условий работы ворота подразделяются на основные , ремонтные и аваВнрийные. Основные рабочие ворота предназначены для непосредственного выполнения операций по пропуску судов через шлюз, ремонтные примеВнняются для закрытия судоходных отверстий при ремонте основных воВнрот и подводных частей сооружения, а аварийные перекрывают поток воды при повреждении рабочих ворот. Рабочие ворота могут использоВнваться для наполнения и опорожнения камеры. При выборе типа и консВнтрукции ворот, наряду с требованиями достаточной прочности и жестВнкости, экономности и ремонтопригодности, необходимо учитывать удобство их в эксплуатации и надежности в работе
Различные размеры камер шлюзов и величины напоров, а также разВннообразие требований вызвали появление многочисленных конструкций шлюзовых ворот. Все ворота разбиваются на две большие группы: одноВнполотные двухполотные (двустворчатые ) . Однополотные ворота бывают плоскими, поворотными на вертикальной или горизонтальной оси, подъВнемными, опускными и откатными, сегментными и секторными. ДвустворВнчатые ворота бывают плоскими, цилиндрическими и сегментными ( с вертикальными осями вращения )
Рабочие ворота всех типов должны выдерживать кроме гидростатиВнческих и гидродинамических нагрузок в закрытом положении, возможные случайные удары от навалов на них судов, подходящих со стороны верхних бъефов
В настоящее время наибольшее распространение получили двустворВнчатые ворота, главным образом, для нижних голов шлюза, плоские опускные ворота - для верхних. Однотипные, откатные и подъемные, сегментные и платяные находят меньшее применение и не рекомендуютВнся к разработке в проектах без специального обоснования
Широкое применение двустворчатых ворот обусловлено их высокой надежностью в работе, меньшим весом конструкции и механизмов и, следовательно, более высокими экономическими показателями. Они моВнгут удерживать большие напоры воды, они применяются в качестве осВнновных ворот на нижних головах шлюзов. Лишь в отдельных случаях они применяемы на верхних и средних головах. В условиях колебания уровВнней воды в верхнем бъефе применение двустворчатых ворот на верхней голове нерационально, из - за возникающих трудностей при створении , а также повышенных нагрузок на механизмы ворот. Двустворчатые вороВнта применяются также в качестве ремонтных ворот как на верхней так и на нижней головах. Наполнение и опорожнение шлюзов, оборудованных двустворчатыми воротами, производится, как правило, через водонаВнпорные галереи, а также через специальные отверстия в полотнищах ворот, перекрываемых клинкетами
2.1. Элементы ворот и действующие нагрузки. Двустворчатые ворота состоят из двух полотен опирающихся в закрытом состоянии друг на друга опорными подушками створных столбов. В открытом состоянии, при пропуске судов, створки входят в расположенные в устоях вертиВнкальные ниши, называемые шкафами
Набор полотна включает в свой состав раму с вертикальными или горизонтальными ребрами. Эти части ворот имеют следующие названия: горизонтальные ребра - ригели, вертикальные ребра - стойки
Сама рама имеет по оси вращения - вереяльный столб; по створу - створный столб; по верху - верхний ригель; по низу - нижний ригель; по диагонали - диагональные связи. Конструктивная схема ворот покаВнзана на
Плоские двустворчатые ворота встречаются с полотнами ригельной системы, а также стоечной. Ориентировочно, если высота ворот больше 0,75 длины, применяют ригельную систему, а при меньшей - стоечную
Конструкция плоских ригельных ворот показана на. Против каждого ригеля на вереяльном и створном столбах расположены упорные подушки. Через упорные подушки створки опираются друг на друга в створе и передают давление воды на закладные подушки устоев головы. Ригели - балки составного двухстворового сечения со сплошВнной стенкой. Стрингеры - продольные ребра, предназначены для увелиВнчения устойчивости обшивки при работе ее на сжатие в общей системе ворот. Они устанавливаются между ригелями и представляют собой балВнки прокатного профиля. Вереяльные створные столбы выполняются в виВнде коробчатых балок трапецидального сечения. В верхней части вереВняльного столба закрепляется ось гальсбанда , а в нижней - надпятник
Для обеспечения устойчивости ригелей при продольном сжатии стаВнвят диафрагмы по длине створки на расстоянии 1,7 - 2,7 м
С целю уменьшения перекоса створки от собственного веса делаются диагональные связи. В верхней части створных столбов устанавливаютВнся захваты для обеспечения точного створения ворот
Основным условием, обеспечивающим нормальную работу ворот, являВнется сохранение их геометрических размеров. При эксплуатации измеВннение длинны створок происходит вследствие упругой деформации риВнгелей, створных столбов, износа вкладышей и их деформации. УменьшеВнние длины створок ведет к уменьшению стрелы подъема арки и увелиВнчению продольных усилий в ригелях ворот при напоре
Практика показывает, что просадка ворот может достигать значиВнтельных величин ( до 50 - 100мм ). С увеличением срока эксплуатации
эти величины возрастают. Ва Посадка также отрицательно сказывается Ва и
на работе пятового устройства
Ввиду того что обычные способы не дают точных значений просадки по нижнему ригелю, применяются различные устройства для контроля посадки ворот, позволяющие вести соответствующие наблюдения. ОпиВнсанное снизу подобное устройство (рисунок 16) по принципу работы электромеханическое. Датчиком служит рычажно - пружинная механичесВнкая система, а передающий элемент - электрический
Механический датчик контроля ворот работает следующим образом. При подходе створки к порогу шток через тягу и стакан пружины переВндает движение двуплечному рычагу стрелки, которая поворачивается на соответствующий угол на торированной шкале, указывает прогиб ворот
Пятовые устройства - наиболее ответственные узлы ворот. При враВнщении створки пята воспринимает ее вес и горизонтальную составляюВнщую нагрузки от сил перепада уровней воды и ветровой нагрузки на выступающую подветренную часть ворот. Величина перепада при открыВнтии ворот принимается равной 0,15м
Конструкция пяты двустворчатых ворот состоит обычно из двух осВнновных частей - надпятника , укрепленного на створе ворот, и подпятВнника, заделанного в бетон. Расположенная под водой и требующая для своего осмотра и ремонта откачки камеры пята является весьма отВнветственной частью ворот, работа которой должна быть особенно наВндежна
Конструкций пят существует несколько . в о всех конструкциях сохВнраняется эксцентриситет в плане ( смещение ). Все пяты грибовидные и отличаются способом крепления хвостовика гриба устройства. ИмеютВнся конструкции пят, где между подвижными и неподвижными частями подпятника устанавливаются кольца из пластин красной меди. НадпятВнник выполнен из стального литья за одно целое с упорной подушкой и прикрепленной болтами к нижней части вереяльного столба. В надпятВннике закреплен бронзовый вкладыш, в который входит грибовидная пята из нержавеющей стали. Хвостовик пяты крепится в отливке, которая, в свою очередь устанавливается в бетонном основании и крепится фундаВнментными болтами
Гальсбанд является верхней опорой створки, удерживающей ее от опрокидывания
С его помощью производится установка вертикального положения створки. Гальсбанд представляет собой конструкцию, состоящую из коВнлец, охватывающих шейку или шип на створке ворот, и двух горизонВнтальных тяг, соединенных с элементами, заделанными в бетонную кладВнку устоя. Вращая гайки стяжек, можно изменять их длинны и, следоваВнтельно, устанавливать положение оси гальсбанда . Для облегчения враВнщения стяжных гаек применяется дифференциальная резьба. УстанавлиВнвая створку по направлению одной из тяг, разгружается для регулиВнровки вторая
Вереяльные "шарниры" ворот состоят из закладных и упорных подуВншек
Закладная подушка воспринимает давление от трехшарнирной арки и передает его на бетон, этим и объясняется большие размеры основания подушек. В бетоне закладная подушка закрепляется анкерными болтами. Овальные отверстия для анкерных болтов позволяют регулировать ее установку. Упорная подушка, также как и закладная, отливается из стали, а ее пазы заливаются баббиттом или компаундом из эпоксидной смолы. Такие подушки устанавливаются на створном столбе, вторая упорная подушка створного шарнира не имеет вкладыша, заливаемого баббиттом
2.2. Приводной механизм для перемещения двустворчатых ворот. НаВнибольшее распространение в качестве приводов двустворчатых во-
рот получили плоские шарнирные механизмы - кривошипно - шатунные, реечные, штанговые . н аряду с этими механизмами применяются также канатные механизмы, которые установлены на отдельных шлюзах
Кривошипно - шатунные механизмы применяются при шиВнрине камеры шлюза, не превышающей 22м, для камер с шириной 18м они наиболее рациональны, так как имеют кривошипное колесо небольшого размера
Механизм имеет шарнирно прикрепленную к колесу тягу - шатун, соВнединено шарнирно со створкой примерно на 1/3 ее длинны от оси веВнреяльного столба. Соединение шатуна - штанги с полотном и ведущим колесом выполняется эластичным при помощи упругого звена - пакета тарельчатых пружин, встроенных в звено. Диаметр большого колеса выВнбирается с таким расчетом, чтобы при перемещении створки из закрыВнтого положения в открытое и обратно колесо поворачивалось на угол 180 о - 200 о . Пакет тарельчатых пружин позволяет осуществлять дожим створки за счет деформации пружин, а также уменьшает пиковые динаВнмические нагрузки, появляющиеся в период пуска механизма и при его стопорении
Основное достоинство Ва кривошипно Ва - шатунного механизма (рисунок
18) - плавность изменения скорости ( от нуля в начале движения с возрастанием примерно по синусоидальному закону до среднего положеВнния створки и уменьшения до нуля в конце движения по тому же закону ). Такой характер движения створок необходим для получения правильВнного и спокойного створения ворот. Кривошипно - шатунный механизм в силу указанных кинематических достоинств дают минимальное ускорения и силы инерции в период неустановившихся режимов
Такие механизмы наиболее безопасны в действии, доступны для осВнмотра и ремонта и удобны в эксплуатации. Недостатком их является то обстоятельство, что тяговое усилие прикладывается к верхнему ригелю на расстоянии 1/4 - 1/3 его длинны ( считая от оси вращения полотна ) в то время как равнодействующая сопротивлений движению полотна ворот находящихся в нижней его части. Момент, изгибающий полотно в направлении, перпендикулярном его плоскости, тем больше, чем выше отметка верхнего ригеля ворот над уровнем нижнего бъефа и чем больВнше высота ворот
К числу недостатков этих механизмов следует отнести также появВнление значительных тяговых усилий в шатуне, большие размеры ведущеВнго колеса ( диаметр колеса достигает 5 -7м ), что связано с увелиВнчением площади устоев
2.3. Определение мощности и выбор электродвигателя для электро -
механического привода двустворчатых ворот судоходного шлюза .
Электроприводы основных механизмов судоходных гидротехнических сооружений являются ответственными элементами электрооборудования шлюзов. Несоответствие выбранного привода технологическому режиму, неполный счет факторов, воздействующих на привод в процессе эксплуВнатации, может привести к сбоям в работе, перерывам в шлюзовании и даже к аварии на шлюзе. Учитывая, что выход из строя шлюза приводит к частичному или полному ( на одиночны шлюзах ) прекращения судапВнропуска , вопрос правильного выбора электропривода, и, в частности, электродвигателя - основного элемента привода - является весьма полным и актуальным.
Выбор электродвигателя для шлюзовых механизмов производится на основани е предварительно построенного графика нагрузки. Затем выбВнранный электродвигатель подвергается проверкам. Если электродвигаВнтель не удовлетворяет какой - либо проверки, то необходимо взять другой и вновь произвести все проверки
2.3.1. Исходные данные. h к = 18 м ; ширина камеры; Н м = 15 м ; высота створки; h = 5 м ; заглубление створки; Dh с = 0,15 м ; перепад на створку;
i з = 2300; передаточное число редуктора и открытых зубчатых пере дач;
h = 0,74; КПД редуктора и открытых зубчатых передач;
F доп = 55*10 4 Н; допустимое усилие в тяговом органе;
Df з = 20 рад; приведенный к валу двигателя зазор в передачах;
С = 18*10 6 Н/м; жесткость демпферных пружин; t с = 80 с; продолжительность закрытия ворот;
2.3.2. Определение статических моментов сопротивления.
Створки ворот, перемещаются в воде, испытывает знакопеременные нагрузки, вызванные влиянием внешних факторов.
Учитывая, что двигатель должен преодолеть эти нагрузки, момент его на валу будет также изменяться в довольно широких пределах. ПоэВнтому, для правильного выбора двигателей необходимо знать область изменения статического момента сопротивления
При движении в установившемся режиме на створку ворот действует нагрузка, в которую входят следующие составляющие; - момент от силы трения в пяте и гальсбанде ( М тр ); - момент сил ветровой нагрузки ( М в ); - момент сил, вызванных, гидростатическим давлением воды на створку ( М h ); - момент сил вызванных воздействием масс воды при движении створки ( М г ), который включает: моменты сил, вызванных изменением инерции присоединенных к створке масс воды:
Момент от сил трения определяется по выражению ( в Нм ):
М тр = 2/3*f 1 *F n *r n +f 2 *F г * r г ; где
f 1 = 0,25 - коэффициент трения пятового устройства;
f 2 = 0,5 - коэффициент трения гальсбанда ;
r n = 0,2 м - радиус пяты;
r г = 0,1 м - радиус гальсбанда ;
F n = G+g*h m *l - реакция в пяте; ( Н )
G - вес створки; ( Н )
G = 500*( H n *l ) 3 /2
l = 0,5*h к /cos20 2 - длинна створки; ( м )
h m = 1,2 ( м ) - ширина мостика;
F г = F n *l /(2*H n ) - усилие в галсбанде ; ( Н )
l = 0 ,5 *h /cos20 = 0,5*18/0,44 = 9,57 ( m )
G = 500*( H n +l ) 3 /2 = 500*(15*9,57) 3/2 = 859958,2 ( H )
F n = G+g * h m *l = 859958 ,2 +4000*1,2*9,57 = 905889,2 ( H )
F г = F n *l /( 2* H n ) = 905889,2*9,57/(2*15) = 288978,6 ( H )
M тр = 2/3*f 1 *F n *r n +f 2 *F г *r г = 2/3*0 ,25 *905889,2*0,2+0,5*
*288978,6*0,1 = 44645,2 ( Н*м )
Момент сил ветровой нагрузки определяется по формуле;
М в = 0,5*к о *g о *l 2 *( H n -h )* sinQ ; в ( Н*м ) где
К о = 1,4 - коэффициент обтекания;
g о = 150 ( Н*м 2 ) - скоростной ветровой напор;
Q = угол поворота створки ( Q = 0 о - при открытом положении воВнрот );
Значение НВ рекомендуется определять через каждые 10 о угла повоВнрота створки ( полный угол поворота створки составляет 70 о )
Гидростатическое давление воды на створку создается из - за пеВнрепадов уровней воды, которые возникают вследствие инерционных коВнлебаний воды в бъефе , вызванных наполнением опоражнением камеры шлюза, преждевременного начала открывания ворот до полного выравниВнвания уровней воды в камере и подходном канале из-за наличия погВнрешностей в водомерных приборах, а также вследствие разности отмеВнток уровней в камере и бъефе при запоре и выпуске воды помимо подВнходных каналов. Следует иметь в виду, что перепады уровней воды возникают практически только в интервале угла поворота от 50 о до 70 о
Величина момента, вызванного перепадом, рассчитывается по формуле в ( Н*м );
M h = 0,5*Dh c*l 2*h* Y в , где
Y в = 9,81*10 3 ( Н*м -3 ) - удельный вес воды
M h = 0,5*0,15*9,52 2 *5*9810 = 336918 ( Н*м );
при Q = 0 о М в = 0 ( Н*м )
при Q = 10 о М в = 0,5*1,4*150*9,57*(15-5)*sin10 о = 16698,7 ( Н*м )
Момент сил, вызванных воздействием масс воды движением створки ( М г ), зависит от скорости движения створки, ее положения, заглублеВнния и кинематической схемы. Точный расчет этого момента сложен. ОдВннако с достаточной для инженерных расчетов точностью величину М г можно принять постоянной во всем диапазоне угла Q, равной:
М г = 0,2*336918 = 67383,6 ( Н*м )
Определив все вышесказанные моменты, строится график зависимости статического момента сопротивления на оси створки от ее угла повоВнрота. Очевидно, что в зависимости от направления ветра и перепада момента М h и М в могут как препятствовать, так и способствовать двиВнжению створки. В соответствии с этим график М с (Q) = М тр +М г +М h +М в строится для двух случаев:
- моменты М h и М в препятствуют движению;
- моменты М h и М в способствуют движению;
Ва
2.3.3. Предварительный выбор электродвигателя
Необходимая мощность электродвигателя, намеченного к установке, определяется из выражения ( в кВт ):
P' = M с.max* w ст.ср . /(1000*h),
где M с.max - максимальный момент сопротивления, определяется по графику М с (Q), Н*м ;
Ва
w ст.ср . = Q ст / t c - средняя угловая скорость створки, ( с -1 );
Q ст = 1,222 - полный угол поворота створки, ( рад ) w ст.ср . = 1,222/80 = 0,015 ( с -1 );
P' = 539311,5*0,015/(1000*0,74) = 11 ( кВт );
Частота вращения электродвигателя определяется в соответствии с w ст.ср . по формуле ( в об .м ин -1 );
n = k w *30* a т *i з /( p*t c ), где
a т - полный угол поворота выходного вала передачи ( колеса ) при перемещение створки от открытого до закрытого положения ( определяВнется по кинематической схеме механизма ), рад;
k w = 1,3 - коэффициент, учитывающий работу двигателя в переходВнных режимах и на пониженной частоте вращения при створении и при входе в шкафную часть
n = 1,3*30*2,6*2300/(3,14*80) = 928 ( об /мин)
По величине P' и n по каталогу предварительно выбираем двигатель кранового типа при ПВ = 95 % мощностью равной или ближайшей больВншей
Выбираем электродвигатель MTF 311-6
Р н = 13 ( кВт ) ВаВа n = 135 (об/мин) Ва J = 0,3 (кг/м 2)
2.3.4. Определение момента сопротивления приведенных к валу двиВнгателя.
Величины моментов сопротивления, приведенных к валу двигателя ( M' с ), необходимо определить во всем диапазоне перемещения створки для обоих расчетных режимов.
Расчет M' с = f (Q) производим через 10 o угла поворота створки. Для определения M' с = f (Q) необходимо определить полное переда-
точное число:
i = f (Q); i = i з *i м , где i м = f (Q)
i м = ВО 1 /СО, где СО определяется из диаграммы перемещения. Приведения осуществляются по формулам:
М с ' = М с /( i*h ) - двигательный режим;
М с ' = М с *h / i - тормозной режим;
Ва
строим график зависимости М с '= f (Q) .
2.3.5. Проверка предварительно выбранного двигателя. Предварительно выбранный Ва двигатель Ва в Ва общем случае должен быть
проверен на нагрев, динамическую и перегрузочную способность. Однако, в следствии того, Ва что цикл шлюзования довольно значите-
лен ( 30 минут и более ), а длительность работы привода ворот в цикле не выше ( порядка 3 - 4 минуты ), тепловой режим двигателя
достаточно легкий. Поэтому проверку предварительно выбранного двиВнгателя в этом случае можно на нагрев не производить, а ограничится проверками на динамическую и перегрузочную способности
Вместе с тем электродвигатель двустворчатых ворот требует специВнфической проверки по аварийному режиму работы из условия "наезд на препятствие" ( внезапное столкновение ), выполнение которой целесоВнобразно до основных проверок
а) Проверка по режиму внезапного стопорения
При внезапном стопорение створки кинематическая энергия, запаВнсенная ротором двигателя и вращающимися элементами передач, перехоВндит в энергию упругих колебаний и дополнительно нагружает механизм.
Проверка по режиму внезапного стопорения позволяет уточнить часВнтоту вращения электродвигателя, откорректировать передаточное число механизма и жесткость упругих элементов
При расчете режима внезапного стопорения не учитываются демпфиВнрующие способности двигателя и принимается , что продолжительность развития нагрузки больше полупериода колебаний
В этом случае величина момента при внезапном стопорении , привеВнденная к валу двигателя, может быть определена из выражения:
М вн = 0,7* М max +w д *C' max *J 1 *sin(( C' max /J 1 )* t )
где; 0,7*М max - примерное среднее значение момента, развиваемого двигателем при "наезде на препятствие", ( Н*м );
М max - опрокидывающий ( максимальный ) момент предварительно выбранного двигателя;
w д = w н = p*n н /30 - угловая частота вращения двигателя перед "наездом на препятствие" ( с -1 ):
C' max - максимальная, приведенная к валу двигателя жесткость демпферных пружин; ( Н*м )
J 1 = 1,25*( J р +J м ) - момент инерции вращающихся элементов привоВнда; J р ,J м - моменты инерции ротора двигателя и муфты; (кг*м 2 ); 1,25 - коэффициент учитывающий приведенный к валу двигателя мо-
мент инерции всех остальных вращающихся частей привода
C' max = C*(OA) 2 /i з 2 =18*10 6 *2 2 /2300 2 = 13,6 ( Н*м )
где, ОА - из кинематической схемы;
J 1 = 1,25*(0,3+0,225) = 0,66 (кг*м 2 )
Максимальная нагрузка ВаВа будет ВаВа в ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа момент ВаВаВаВаВа времени
t= p /2*(J 1 / C' max ); где
М н = 9556*Р н / n н = 9556*19/935 = 132,9 ( Н*м )
Условие, для проверки предварительно выбранного двигателя при внезапном стопорении ;
w н , M' доп -0,7*M max/ (C' max *J 1 ); где
M' доп - допустимая нагрузка на тяговый орган, приведенный к валу двигателя;
M' доп = F доп *ОА /( i з *h ) =55*10 4 *2/(2300*0,74) = 646,3 ( Н*м )
1,4*M' доп -2,2*М ном /(C' max *J 1 ) =
= 1,4*646,3-2,2*132,9/(13,6*0,66) = 165,4 (рад/с)
97 < 165,4 условие выполняется
Коэффициент 1,4 в выражении учитывает податливость препятствия, на которое произведен "наезд" створки
б) Проверка на динамическую и перегрузочную способности. ПроверВнка предварительно выбранного двигателя на перегрузочную способность и динамическую способности производится исходя из следующих соображений. Поскольку электромеханические приводы двустворчатых ворот содержат упругое звено ( демпферные пружины ), то при разгоне динаВнмический момент в нем ( М 12 ) имеет затухающий колебательный харакВнтер, причем максимальная величина его должна ограничиваться коэффиВнциентом динамичности, равным 1,4. В общем случае, динамический моВнмент в упругом звене определяется по выражению:
М 12 = М с '+ ( М нп -М с ')*J' 2 /(J 1 +J' 2 )*(1-coswt);
где М нп - начальный пусковой момент двигателя;
J' 2 - приведенный к валу двигателя момент инерции створки и приВнсоединенной массы воды;
w - частота собственных колебаний системы
Максимальное значение динамического момента будет при coswt = -1; Учитывая, что этот максимальный момент не должен превышать больше чем на 40 %, момент сопротивления М с ', т. е. М 12 =1,4*М с ', величина начального пускового момента при пуске из люВнбого положения определяется по формуле:
М нп (Q) = М с '(Q)*(1+0,2*J 1 +J' 2 (Q)/J' 2 ); где
J' 2 (Q) = J ст +J в (Q)/i 2 (Q) - приведенный к валу двигателя момент инерции створки и присоединенной массы воды
J ст = G*l 2 /38 - момент инерции створки;
J ст = 2676137,5 (кг*м 2 )
J вт (Q) - момент инерции присоединенной массы воды при h кт = 18м и h к = 4м
Пересчет для Ва J в (Q) производится по формуле:
J в (Q) = J вт (Q)* h / h к *( h к / h кт ) 4 = 1,25*J вт (Q)
Ва
Вычисляем М нп только для двигательного режима, т. к. соответсВнтвующая М с ' для тормозного режима меньше, чем для двигательного. По данным таблицы строим график М нп = f (Q) ( рис. 21) из таблицы нахоВндим М нп max = 220,8 ( Н*м )
Выполняет проверку по условию:
М нп мах , 0,8*M max , где
0,8 - коэффициент, учитывающий допустимое снижение напряжения сети:
2,5*132,9 = 332,25 . 220,8 следовательно, М нп max , 2,5*М ном , условие выполнено
2.3.6 . Выбор электрических аппаратов для управления механическими тормозами.
На всех механизмах шлюза для удержания его в застопаренном сосВнтоянии в период бездействия или для замедления движения механизма перед его остановкой используются механические тормоза. Они выполняВнются непосредственно с электроприводом. В качестве электроприводов (аппаратов) для управления механическими тормозами используются электрогидравлические толкатели и электромагниты переменного и посВнтоянного тока.
Выбор механического тормоза, а следовательно, и его электропривода производится по необходимому тормозному режиму:
М т = 2*М' max
Для нахождения М' max необходимо из графика M' с = f (Q) при переВнпаде и , сопутствующих движению выбрать наибольшее значение момента по абсолютной величине
М' max = 172,5 ( Н*м )
М т = 2*172,5 = 345 ( Н*м )
Выбираем длиноходовой тормозной электромагнит переменного тока КМТЗА
Тяговое условие-350(Н)
Эти электромагниты применяются в беспружинных тормозах с высокой степенью надежности торможения, но для механизмов с небольшим числом включений в час
Длиноходовые электромагниты переменного тока имеют прямоходовую конструкцию с Ш-образным шлихтованным магнитопроводом на котором расположены три катушки, включенные в "звезду" или "треугольником"
Электромагниты этого типа выпускаются серии КМТ четырех типов размеров на напряжение 220\380В и 500В
2.3.7. Расчет резисторов пускового реостата и выбор ящиков сопроВнтивлений.
Величины сопротивления, введенных в цепь ротора двигателя в опВнределенном масштабе могут быть получены из пусковой диаграмВнм ы( рис.22)
Принято:I p = 51(А)
I пер = 54(А)
I п = 102(А)
Из диаграммы истекает :д вигатель имеет 3 степени разгона
Активное сопротивление фазы ротора:
r p = U н . р . *S/(3*I р . н . ) = 172*0,065/(3*51) = 0,127 ( Ом )
где: Ва U н.р . = 172 (В), I р.н . = 51 (А); S = n o -n / n o = 0,065
Маштаб сопротивлений: m = r p / аб = 0,127/7 = 0,018 (Ом/ мм )
Сопротивления ступеней;
R1 = m*де = 0,018*46 = 0,828 (Ом)
R2 = m*д 2 = 0,018*25 = 0,45 (Ом)
R3 = m*2в = 0,018*14 = 0,252 (Ом)
R невыкл = m*вб = 0,018*8 = 0,144 (Ом)
Ва
Пускорегулировачные резисторы серии НФ представляют собой ящики открытого исполнения. В этих элементах применяются сопротивления на фехралевой ленте, намотанной на ребро. Внешние зажимы ящиков сопроВнтивления не маркированы. Расположение ящиков должно исключать возВнможность случайного прикосновения к ним и обеспечить защиту от атВнмосферных осадков
3. ОПИСАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ СХЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Привод двустворчатых ворот . Наибольшее распространение на шлюзах нашей страны получили плоские, двустворчатые ворота. Основное техВннологическое требование здесь сводится к правильному и безударному створению полотнищ. Для привода двустворчатых ворот на правом и леВнвом устоях камеры устанавливают по механизму, приводимому во вращеВнние сворим электродвигателем
Привод с асинхронными двигателями без регулирования скорости движения . В нем могут быть использованы асинхронные двигатели ка с фазным, так и с короткозамкнутым ротором. Структурная схема такого привода дана на, а. Система отличается простотой и выВнсокой надежностью. Однако она обладает таким серьезным недостатком, как тяжелое протекание переходных процессов и невозможность управВнления частотой вращения двигателей при створении ворот и входе их полотнищ в ниши
Привод с асинхронными фазными двигателями с регулированием скоВнрости движения изменением сопротивления цепи ротора . Этот широко применяемый на шлюзах приводах двустворчатых ворот отличается от предыдущего возможностью регулирования частоты вращения двигателей при маневрировании воротами и управлением в процессе разгона при пуске двигателей в ход. Структурная схема системы привода показана на
Такая система, используется в большинстве случаев в сочетании с кривошипно-шатунным механизмом, имеет очень тяжелую динамику при пуске из промежуточных положений, необходимость которого нередко возникает, например, из-за недостаточной согласованности скоростей движения створок ворот, различия продолжительности разгона двигатеВнлей при реостатном пуске и т. п. В случае применения других типов тяговых органов ( например, тросовых ) положение усугубляется еще тем, что в конце операций получаются недопустимо большие скорости движения створок и для исключения ударов возникает потребность в искусственном снижении частоты вращения двигателей
Электропривод с тормозными генераторами . Привод двустворчатых ворот, рассмотренный выше, в операции закрытия работает на смягченВнных характеристиках и в результате колебаний скорости движения не обеспечивает правильного створения ворот при различных изменениях нагрузки на левую и правую створки от ветра и волн. Кроме того, из-за сравнительно высокой скорости движения створок в конце операВнции закрытия при наложении тормозов раньше времени в воротах остаВнется большая щель, а при наложении с опозданием получается удар створок
Устранение отмеченных недостатков возможно при работе привода в течени и большей части операции на жестких механических характерисВнтиках, обеспечивающих сохранение скорости движении створок при коВнлебаниях нагрузки, и со значительным уменьшении скорости движения в конце операции перед наложением тормозов. Такие характеристики можВнно получить в системе с тормозным генераторами, включаемыми в конце операции для получении малой скорости движения . Тормозной генераВнтор может быть отдельной электрической машиной постоянного или пеВнременного тока, навешанной на вал приводного двигателя и являющейся для него дополнительной нагрузкой
Механическая характеристика системы с включенным генератором представляет собой кривую, полученную при различных частотах вращеВнния сложения моментов приводного двигателя и тормозного генератора. Структурная схема такого привода дана на . На схеме показаны приВнводные двигатели М1, М2, резисторы роторных цепей R1,R2 и тормозные генераторы ТГ1 и ТГ2. Изменением сопротивления цепи ротора асинхВнронного двигателя или тока возбуждения тормозного генератора полуВнчают различные по жесткости и по граничной частоте вращения харакВнтеристики системы
Электропривод двустворчатых ворот с тормозным генератором на шлюзах пока применяют ограниченно из-за большого числа машин, а значит, увеличенных габаритов и массы установки
Электропривод с гидравлической передачей . Для привода двустворчаВнтых ворот гидропередачи стали применять в последнее десятилетие. Электрогидроприводы располагают на устоях камеры шлюза. Они предсВнтавляют собой два самостоятельных агрегата, связанных с помощью системы управления. Структурная схема электрогидропривода двустворВнчатых ворот приведена на рисунке 7, г . К основным его элементам отВнносятся: насосы Н 1 и Н2 с приводными двигателями М1 и М2, золотниВнковые блоки управления З1, З2 и силовые гидроцилиндры Ц1, Ц2, шторВнки которых соединены со створками ворот. Регулирование скорости движения здесь также гидростатическое, с перепуском части рабочей жидкости в сливной бак Б 1 или Б2 минуя гидроцилиндры. ЭлектрогидВнроприводы двустворчатых ворот зарекомендовали себя хорошо, однако необходимо решить еще целый ряд вопросов по улучшению регулирования скорости движения, динамики и защиты системы
Электропривод с тиристорным управлением . Структурная схема такой системы приведена на рисунке 7, д. Она подобна рассмотренной выше схеме привода подъемно-опускных ворот
Потенциальные возможности этой системы привода для двустворчатых ворот также еще предстоит раскрывать и доводить до совершенства выВнсокими требованиями, предъявляемыми к электроприводам шлюзов
3.1. Привод с асинхронными двигателями без регулирования скоросВнти движения . На показана принципиальная схема главного тока
В данном примере для привода левой и правой створки ворот исВнпользованы асинхронные двигатели с фазным ротором М1 и М2, причем их пуск осуществляется в функции времени путем выведения резисторов из цепи ротора двигателя ( цепи катушек реле времени на схеме не изображены)
Управление воротами производится как с центрального, так с местВнного пультов управления
Для упрощения схемы (смотрите рисунок 24) показаны по две общих кнопки открытия SO и закрытия SZ , хотя с местных пультов можно упВнравлять каждой створкой в отдельности
При рассмотрении схеме следует иметь в виду, что SQ1 - контакт путевого выключателя, блокирующий цепь управления двустворчатых воВнрот с верхними воротами, и при закрытых верхних воротах он закрыт; SQ2 и SQ4 - контакты предельных путевых выключателей открытия; SQ3 и SQ5 - контакты путевых выключателей закрытия; SQ6 - контакт путеВнвого выключателя, ограничивающий закрытие ворот; SQ7 - SQ10, SQ15 - контакты путевого выключателя, управляющие порядком закрытия ворот; SQ11, SQ12 - контакты путевого выключателя, осуществляющие блокироВнвание с затворами галерей, закрытые при открытых затворах; SQ13 и SQ14 - то же, отключающие контакторы КО 1 и КО2 при открытых вороВнтах; SA1 - SA3 - контакты выключателей деблокировок
Подготовка схемы к работе . При наличии напряжения в соловой и вспомогательных цепях и закрытых контактах KV1, KV2 и KV3 получает питание катушка КМ. При срабатывании контактора КМ закрываются его замыкающие главные контакты в цепи статоров двигателей, а также замыкающий вспомогательный контакт КМ , котоВнрый подает напряжение в цепь управления. Катушки реле времени КТ получают питание и размыкают свои контакты в цепях катушек контакВнторов К 1 , К2. Схема к работе подготовлена
Операция открытия ворот . Ва Предположим, что управление происходит с центрального пульта ( замкнут контакт SA1 ) и ворота закрыты
При нажатии кнопки SO, если контакты КУ закрыты, получает питаВнние катушка оперативного контактора КО 1 . Последний срабатывает, закрывает свои главные контакты, включающие двигатель М 1 в сторону открытия, а также замыкающий вспомогательный контакт КО1, который шунтирует кнопку SO. Одновременно закрывается контакт КО 1 и получаВнет питание катушка КО2
Контактор КО 2 срабатывает, включает для открытия двигатель М2 правой створки и закрывает вспомогательный контакт КО2, также шунВнтирующий кнопку SO. Кроме того, при работе двигателей будут открыты размыкающие контакты КО 1 и КО2 в цепях катушек KZ1 и KZ2. ОдновреВнменно открываются размыкающие контакты КО 1 и КО2, прерывающие подаВнчу питания на катушки реле времени КТ11 и КТ21. После заданной выВндержки времени эти реле отпускают свои якоря и замыкают размыкающиВнеся контакты КТ11 и КТ12, в цепях катушек контакторов ускорения К11 и К12. Контакторы ускорения срабатывают, своими главными контактами выводят первые ступени резисторов в роторных цепях двигателей и размыкают свои размыкающие контакты в цепях катушек реле времени КТ21 и КТ22, которые с выдержкой времени закрывают одноименные конВнтакты в цепях катушек контакторов К21 и К22,и двигатели переходят на работу по естественным характеристикам. Когда створки выходят из соприкосновения, закрываются контакты SQ15, шунтирующие вспомогаВнтельный контакт КО 1 . Включение контактора КО 2 с некоторым запоздаВннием по сравнению с контактором КО1 необходимо потому, что левая створка захватывает правую и, следовательно, должна первой отойти при открытии. Когда ворота полностью откроются, размыкаются контакВнты путевых выключателей SQ13 и SQ14, которые лишают питания катушки КО 1 и КО2. Двигатели отключаются. Если контакты КО 1 и КО2 почеВнму-либо не размыкаются, ворота поворачиваются на небольшой угол и открываются контакты предельных выключателей SQ2 и SQ4, отключающие линейный контактор КМ. В процессе открытия ворот контакторы путевых выключателей в цепи катушек закрытия ворот KZ1 и KZ2 приходят в исВнходное положение
Операция открытия ворот . При закрытии ворот одновременно с нажаВнтием кнопки SZ получают питание катушки оперативных контакторов KZ1 и KZ2
Двигатели М 1 и М2 начинают вращаться, причем их пуск происходит также, как и при открытии. Створки приходят в движение в сторону закрытия. Когда между створными столбами ворот остается небольшое расстояние ( порядка 1,5м ), открывается контакт SQ7, катушка конВнтактора KZ1 теряет питание и двигатель левой створки останавливаетВнся. Правая створка продолжает движение до тех пор, пока не подойдет почти к положению створа. При этом открывается контакт SQ9, который отключает катушку KZ2. Двигатель правой створки останавливается. Одновременно с этим замыкается контакт SQ8, который вновь включает катушку контактора KZ1. Двигатель левой створки опять приходит во вращение. Когда левая створка коснется правой, закрываются контакты SQ10, вновь получает питание контактор KZ2,включает двигатель праВнвой створки и оба двигателя доводят створки ворот до полного закрыВнтия. При этом замыкается контакт SQ6, двигатели выключаются и мехаВннизмы створок тормозят
Рассматриваемое в настоящей и последующих схемах ступенчатое закрытие двустворчатых ворот применяется не везде. На ряде шлюзов осуществляется безостановочное движение ворот при их закрытии, что в известной степени делает работу механической части более надежной и упрощает электрическую схему
3.2. Привод с асинхронными фазными двигателями с регулированием скорости движения изменением сопротивления цепи ротора .
представлена схема силовой цепи, а на - схема цеВнпей управления двустворчатыми воротами, предусматривающая изменение частоты вращения двигателей и скорости вращения ворот в конце опеВнрации закрытия ( при створении ворот ) и открытия ( при входе поВнлотнищ ворот в ниши ). При рассмотрении работы схемы следует иметь в виду, что: SQ1 и SQ2 - контакты путевого выключателя, блокирующие цепь управления с ручным приводом створок, при работе ручного приВнвода они открыты; SQ3 - SQ6 - контакты предельных открытия и закрыВнтия створок; SQ7-SQ10 - контакты, управляющие последовательностью движения створок при закрытие ворот; SQ11 и SQ12 - контакты, блокиВнрующие привод ворот в зависимости от состояния затворов водопроводВнных галерей, замкнутые при открытых затворах; SQ13 - SQ15 - контакВнты путевого выключателя, ограничивающие открытие створок; SQ16 и SQ17 - то же, отключающие реле КР после открытия ворот, вызванного обратным напором; SQ18 и SQ19 - контакты путевого выключателя, откВнрывающиеся, когда усилия в штангах при закрытии ворот станут больше предельно допустимых; SQ20 и SQ21 - то же, закрытые при усилиях в штангах, меньших предельно допустимых при открытии ворот; SQ22 - контакт, размыкающий цепи катушек К 1 и К2 для введения резисторов в цепи роторов двигателей М1 и М2 при схождении створок; SQ23 и SQ24
- контакты, замыкающиеся при обратном напоре
Подготовка схемы к работе . При подаче напряжения к силовым цепям и к цепям управления и при нормальном состоянии блокировок реле напряжения силовой цепи KV, реле кнопок KSB и сельсинов KVB срабаВнтывают и закрываю свои замыкающие контакты
Через замкнутые рубильники цепи управления S и указанные контакВнты реле тока попадает в катушку промежуточного реле KVA максимальВнной и нулевой защиты электропривода ворот. Оно срабатывает и замыВнкает свой контакт KVA в цепи катушки реле блокировки KV1. Это реле получит питание, если кратковременно замкнуть ключ восстановления SB
При срабатывании реле KV1 замыкающие контакты KV1 шунтируют конВнтакт ключа восстановления SB; контакт KV1, замкнувшись,
подготовляет цепь для индивидуального управления воротами при усВнловии, что закрыты контакты КРУ и замыкающие контакты КВВ; закрываВнется контакт KV1, который замыкает цепь катушки KF ( реле защиты при повышенных усилиях в штангах ). Катушка этого реле получает пиВнтание через размыкающие контакты промежуточных реле KV3 и KV2
Реле KF срабатывает, закрывает собой контакт KF, шунтирующий размыкающие контакты KV3 и KV2, и контакт KF, подготовляющий цепь для питания катушек оперативных контактов открытия КО 1 и КО2
Операция открытия ворот . При замыкании контактов SP6 ключа разВндельного управления получает питание катушка промежуточного реле KV3. Последние срабатывает, причем: размыкаются его замыкающие конВнтакты KV3, которое ставят питание катушки KF в зависимость от усиВнлий в штангах двустворчатых ворот при открытии; замыкаются замыкаюВнщие контакты KV3, в результате чего получают питание катушка операВнтивного контактора КО 2 , включающего двигатель М2 ведущей створки в направлении открытия
Контактор КО 2 срабатывает, в результате чего закрываются его заВнмыкающие главные контакты КО2 силовой цепи и замыкающий вспомогаВнтельный контакт КО2, который подает питание на катушку линейного контактора КМ
Последний срабатывает, и его главные контакты КМ включают обмотВнку статора двигателя М 2 в сеть. Одновременно получает питание каВнтушка контактора электромагнитного тормоза Y2 ведущей створки, и тормоз открывается. Ведущая створка начинает отходить от положения створа. Кроме того, закрывается замыкающий контакт КО 2 , который включает в сеть катушку оперативного контактора КО1 ведомой створВнки. Получив питание, контактор КО 1 срабатывает
Одновременно с включением статор двигателя М 1 получает питание катушка электромагнитного тормоза Y1, который срабатывает и открыВнвает тормоз двигателя М1
Левая створка также начинает открываться. При подготовке цепи управления к работе через размыкающий вспомогательный контакт КМ получает питание не показанная на схеме каВнтушка электромагнитного реле времени КТ и ее размыкающий контакт КТ размыкается. Когда срабатывает линейный контактор,
катушка реле времени КТ теряет питание. После некоторой выдержки времени размыкающий контакт КТ закрывается и включает катушку К 1 и К2
Контакторы К 1 и К2 срабатывают и закрывают свои контакты, в реВнзультате чего резисторы выводятся из цепей ротора двигателей М1 и М2. Перед входом створок ворот ниши ( для уменьшения скорости их движения перед остановкой ) эти резисторы с помощью контакта SQ22 вновь вводятся в цепь роторов двигателей
Когда створки полностью откроются, разомкнутся контакты SQ13 и SQ15 путевых выключателей и двигатели отключаются от сети. ОдновреВнменно потеряют питание катушки КМ, КО 1 и КО2
В данной Ва схеме предусмотрено возможность автоматического открытия двустворчатых ворот в случаи обратного напора со стороны нижнеВнго бьефа. При обратном напоре в результате сжатия пружин, находяВнщихся в штангах, замыкаются контакты SQ23 и SQ24 путевых выключатеВнлей
Реле защиты КР при обратном напоре срабатывает, причем: открывается размыкающий контакт КР, разобщающий цепь управления катушкой КО2 И КО1 от цепи, Ва замыкаемой ключом SP6; закрывается замыкающий контакт КР, включающий катушку операВнтивных контактов КО1 и КО2
Последние срабатывают, и пуск двигателей М 1 и М2 в сторону откВнрытия происходит также, как описано выше. Поскольку катушка KV3 не получает питания, а контакт SQ22 путевого выключателя открыт, каВнтушки контакторов К 1 и К2 не включаются и работа происходит при введенных в цепи роторов резисторах;
закрывается замыкающий контакт КР, шунтирующий контакты SQ23 и SQ24 путевых выключателей
Когда ворота открываются, размыкаются контакты путевых выключаВнтелей SQ16 и SQ17, катушка КР теряет питание и двигатели М 1 , М2 отключаются то сети
При открытых воротах будут закрыты контакты путевых выключателей SQ1 - SQ6, SQ8, SQ10 и SQ22 и открыты контакты путевых выключателей SQ9, SQ16, SQ17. При этом обесточиваются оперативные контакторы наВнполнения КО 1 и КО2, а также линейный контактор КМ и схема оказываВнется подготовленной к новому пуску
Операция закрытия ворот . При повороте ключа раздельного управлеВнния SP5 получает питание катушка промежуточного реле KV2, работаюВнщего при закрытии ворот. Последнее срабатывает и размыкает контакты KV2. В результате ток в цепи катушки реле KF появляется в зависиВнмости от положения контактов SQ18 и SQ19 путевых выключателей. Если они закрыты, реле KF срабатывает и закрывает свои контакты
При замыкании контактов KV2 получают питание катушки оперативных контактов KZ1 и KZ2, включающих двигатели левой и правой створок в сторону закрытия
Одновременно включается катушки электромагнитных тормозов Y1 и Y2 и двигатели растормаживаются. При этом включаются двигатели и створки начинают закрываться
При срабатывании контактора КМ теряет питание катушка реле КТ и после выдержки времени, необходимой для разгона, замыкается контакт КТ, обеспечивающий питание катушек контакторов К 1 и К2. Их контакты шунтируют резисторы в цепи роторов. Двигатели работают на естестВнвенных характеристиках когда ведущая правая створка дойдет до полоВнжения П1, откроется контакт путевого выключателя SQ8, который откВнлючает катушку контактора KZ2, ведущая створка останавливается . в еВндомая створка продолжает движение до положения Л1. При этом срабаВнтывает путевой выключатель SQ10, который отключает оперативный конВнтактор KZ1, а таким образом и двигатель М 1
Несколько ранее замыкается контакт путевого выключателя SQ9, поВндающие питание на оперативный контактор KZ2. Тогда вновь пускается в ход двигатель М 2 ведущей створки. Однако при этом в цепи роторов двигателей оказываются введенными резисторы, так как размыкаются контакты путевого выключателя SQ22. Ведущая створка подходит к веВндомой и доводит ее до положения полного створа, после чего двигаВнтель М 2 отключается путевым выключателем SQ7. Ведущая створка подВнходит к ведомой створки до полного створа левый двигатель должен быть расторможен, что обычно осуществляется отдельным контактором, управляющим электромагнитом тормоза этого двигателя. Двигатель М1 при этом для уменьшения нагрузки М2 также может включится в работу
После отключения контактора KZ1 и KZ2 и постановки ключа SP5 в нулевое положение схема принимает исходное состояние
Число путевых выключателей в приводе двустворчатых ворот значиВнтельно меньше числа контактов, упомянутых в описании схемы. Это объясняется тем, что некоторые из выключателей снабжены несколькими контактами, которые закрываются и открываются при повороте на опреВнделенный угол
3.3. Электрический привод с гидропередачей . На поВнказана структурная схема электрогидропривода двустворчатых ворот. Гидропередача привода каждой створки, как и в приводе подъемно - опускных ворот, содержит:
Силовой гидроцилиндр ГЦ, поворачивающийся в горизонтальной плосВнкости по мере перемещения поршня и штока;
маслонасосную установку М-Н, подающую под давлением масло в гидВнроцилиндр;
золотники управления ЗУ блоком золотников;
блок главных золотников БЗ, управляющий подачей масла в подпоршВнневую ( для открытия ворот ) или в надпоршневую ( для закрытия воВнрот ) полости гидроцилиндра;
бак Б Ва для Ва масла Ва и маслопроводы
Принципиальная схема силовой части электрогидропривода двустворВнчатых ворот представлено на (рисунке 28), а схема цепей управления на
При рассмотрении работы схемы следует иметь в виду, Ва что:
SQ1 - контакт путевого выключателя блокировки с воротами смежной головы, замкнутой при закрытых смежных воротах;
SQ2, SQ4 - контакты путевых выключателей открытия;
SQ3, SQ5 - контакты путевых выключателей закрытия;
SQ6 - контакт путевого выключателя предельного положения закрыВнтия ворот ;
SQ7 - SQ10 - контакты путевого выключателя, управляющие последоВнвательностью закрытия створок;
SQ11, SQ12 - контакты путевого выключателя блокировки с затвораВнми галерей, Ва закрытые при открытых затворах;
SQ13, SQ14 - контакты путевого выключателя предельного положения открытия ворот;
КМ 1 , КМ2 - оперативные контакты двигателей насосов;
KYZ1, KYZ2 - контакторы электромагнитов золотников управления закрытием ворот;
KYO1, KYO2 - контакторы электромагнитов золотников управления открытием ворот;
YH, YZ, YO - электромагниты управления насосами и золотниками управления открытием и закрытием ворот. Как видно из схем и состава
оборудования, работа данного привода
аналогична работе привода двустворчатых ворот с асинхронными двигаВнтелями. Работу гидропередачи при заданной последовательности операВнции легко проследить. Наличие в последней схеме электромагнитов управления подачи насосов YH1 и YH2 допускает при необходимости получение переменной подачи, а значит, и изменение скорости движения створок, например при створении ворот в операции закрытия и входе их в ниши в операции закрытия. Для этого в цепи YH1 и YH2 должны быть введены соответствующие командные устройства
3.4. Электропривод двустворчатых ворот с тормозным генератором . Рассмотренная схема двустворчатых ворот при их закрытии работает на смягченных характеристиках и в результате колебаний скорости не обеспечивает правильного створения ворот при различных изменения нагрузки на левую и правую створки из-за ветра и волновых явлении. Кроме того, всле д стви е сравнительно высокой скорости створок при срабатывании тормозов в конце операции раньше времени при закрытии ворот остается большая щель, а при срабатывании с опозданием имеет место удар створок
Отмеченные недостатки, если большая часть операции будет происВнходить на жестких механических характеристиках работы электропривоВнда, обеспечивающих сохранение скорости створок при колебаниях нагВнрузки, и значительным уменьшением ее в конце операции перед срабаВнтыванием тормозов. Такие характеристики можно получить в системе с тормозным генератором, включаемый в конце операции для получения малой скорости привода. Тормозной генератор может быть отдельной электрической машиной постоянного или переменного тока, навешенной на вал приводного привода и являющийся для него дополнительной нагВнрузкой. Отечественной промышленностью выпускаются асинхронные двиВнгатели с встроенными тормозными генераторами, т. е. выполненными в едином корпусе
Механическая характеристика такого двигателя с включенным генеВнратором представляет собой кривую, полученную при различных угловых скоростях
Изменения сопротивления цепи ротора асинхронного двигателя или ток возбуждения тормозного генератора, можно получить различные по жесткости и пограничной скорости результирующие характеристики
Принципиальная схема привода с тормозным генератором отличается то рассмотренной в предыдущем параграфе только цепями управления и поэтому здесь не приводится
3.5. Электропривод с тиристорным управлением. Как отмечалось, в электроприводах гидротехнических сооружений стали находить применеВнние полупроводниковые силовые и оперативные элементы и устройства. Так, например, для управления асинхронными двигателями и регулироВнвания их частоты вращения в приводах опдъемно-опускных ворот ( затВнворов ) и двустворчатых ворот используются тиристерные преобразоваВнтели частоты ( ТПЧ ), тиристорные станции управления и регулироваВнния ( ТСУР ) и пускорегулирующие безконтактные устройства ( ПРБУ )
Пускорегулирующее бесконтактное устройство состоит из ревесного бесконтактное устройство состоит из реверсного безконтактного комВнмутатора БК, блока динамического торможения БДТ, асинхронного венВнтельного каскада АВК, сглаживающих реакторов L и блоков управления и защиты ( последние на схеме не показаны ). Безконтактный коммутаВнтор состоит из четырех силовых тиристорных блоков, в каждый из коВнторых входят по два встречно-параллельно включенных тиристора. Два блока коммутатора служат для включения двигателя в прямом направлеВннии вращения, а два других - в обратном. Третья фаза двигателя включенна в сеть напрямую ( не коммутируется ). Блок динамического торможения тиристорный работает совместно с одним плечем тиристорВнного блока коммутатора, которое обеспечивает однополупериодный выпВнрямленный ток для динамического торможения. Блок динамического торВнможения состоит из симметричного тиристора V1, шунтирующего нерабоВнтающую фазу двигателя, и рабочего тиристора V2, шунтирующего две другие фазы при непроводящем полупериоде работы коммутатора в режиВнме торможения
Асинхронно-вентильный каскад включает асинхронный двигатель с фазным ротором М, выпрямитель U, инвертор И , ведомый сетью, и сглаВнживающий дроссель L. Выпрямитель собран из силовых неуправляемых вентильных блоков по мостовой схеме, но из силовых управляемых ( тиристорных ) блоков
Принцип действия ПРБУ основан на работе асинхронного вентильного каскада со звеном постоянного тока. Регулирование частоты вращения привода здесь обеспечивается введением добавочного э.д. с . в цепь ротора. Как видно из векторной диаграммы, при работе вентильного каскада введение в цепь выпрямленного тока ротора I p внешней электВнродвижущей силы Е и , направленной навстречу току, меняет значение результирующей э.д.с . ротора Е р , а следовательно, тока и угла сдвиВнга между током и э.д.с . Внешняя электродвижущая сила, создаваемая инвертором, направленная навстречу току, и, следовательно, ее векВнтор сдвинут относительно основной э.д.с . ротора на угол ( 180 - f ). Внешнюю э.д.с . возможно изменить выбором угла опережения открыВнвания тиристоров инвертора, обеспечивая изменение результирующей э.д.с . тока ротора и угла сдвига между ними. Изменение тока ротора вызовет изменение вращающего момента электродвигателя, а при постоВнянном моменте сопротивления и изменение частоты вращения двигателя
При замкнутой системе регулирования в случае отрицательной обратВнной связи по частоте вращения, управляя углом опережения открывания тиристоров, в такой схеме обеспечивается поддержанием постоянной частоты вращения при изменении момента сопротивления на валу. МехаВннические характеристики в рабочем диапазоне нагрузки при этом окаВнзываются такими же, как и в системе Г-Д. Диапазон регулирования достигает 20:1 и выше. Первый опыт применения ПРБУ в приводах подъВнемно-опускных ворот ( затворов ) и двустворчатых ворот показал, что такие системы обладают хорошей регулирующей способностью и высокой надежностью и экономичностью, однако имеют сложную систему управлеВнния
Ва
4. БЕСКОНТАКТНЫЕ АППАРАТЫ И СТАНЦИИ УПРАВЛЕНИЯ.
Коммутационные контактные аппараты имеют низкую надежность и сдерживают дальнейшее развитие автоматизированных электроприводов. В современных системах широко применяются бесконтактные силовые и оперативные устройства, не разрывающие электрических цепей, а запиВнрающие и отпирающие их. В качестве элементной базы таких устройств используют управляемые вентили ( триоды и тиристоры ), магнитные усилители, бесконтактные сельсины, бесконтактные емкостные и индукВнтивные датчики
Принцип действия большинства из них основан на изменение включаВнемого в цепь электрического тока сопротивления, значение которого при определенных условиях может изменяться практически от нуля ( открытое состояние ) до бесконечности ( закрытое состояние )
Механизм работы управляемого вентиля в п. 14 на примере тиристоВнра с выходным параметром в виде изменяющегося напряжения, подводиВнмого к двигателю и имеющегося в крайних условиях открытое и закрыВнтое состояние
Бесконтактные аппараты управления долговечны из - за отсутствия механических контактов, обладают высоким быстродействием, нечувствиВнтельны к изменениям характеристик окружающей среды, имеют низки массогабаритные показатели и эксплутационные затраты
Бесконтактные устройства являются наиболее совершенными аппараВнтами для построения функциональной части схем автоматического упВнравления электроприводами. При разработке создании сложных схем упВнравления электроприводов, таких как приводы основных механизмов шлюзов и судов технического флота, бесконтактные устройства предусВнматривают в качестве контактных коммутационных аппаратов, способных выполнять отдельные операции в определенной ( логической ) последоВнвательности. Поэтому их называют логическими элементами
Бесконтактные логические элементы, как правило, строятся на транзисторных, диодных и магнитных элементах в виде прямоугольных таблеток с несколькими входами и выходами и схемами, позволяющими реализовать отдельные логические функции
Выходные сигналы на логические элементы могут подаваться от бесВнконтактных и контактных датчиков и командоаппаратов
Схемы на бесконтактных логических элементах могут осуществлять все электрические блокировки и защиты
Однако следует учитывать, что схемы на бесконтактных логических элементах, имея высокую стоимость, обеспечивают только один заранее заданный алгоритм управления и их невозможно просто переналадить на другие алгоритмы. Поэтому наряду со схемами, выполненными на отдельВнных логических элементах в автоматизированных электроприводах, наВнчинают находить применение унифицированные логические системы упВнравления. Примерами таких систем являются унифицированная система управления промышленными механизмами ( УМП - 2 ) и унифицированная бесконтактная логическая система управления механизмами шлюзов ( УБЛСУ ). Эти системы представляют собой универсальные устройства, предназначенные для решения логических задач при автоматизации
электроприводов. Они выполняют логические операции по заданному алВнгоритму и позволяют сравнительно простыми средствами менять прогВнраммы управления
Для унификации устройств управления двигателями постоянного и переменного тока электромеханической промышленностью разработаны и выпускаются станции управления. Они представляют собой объединенные общей конструкцией комплексные устройства, содержание электрические коммутационные и защитные аппараты, соединенные по требуемой электВнрической схеме и предназначенные для дистанционного автоматического управления электроприводами. Станции управления выполняют в виде блоков и панелей управления
В блоках аппараты монтируются на раме реечной конструкции или на одной изоляционной плите. Панель управления составляется на общей раме из нескольких блоков
В станциях по возможности предусматриваются запасные, не неисВнпользованные в схеме вспомогательные контакты аппаратов, а иногда и целые аппараты для развития схем, блокировок и сигнализации
Станция управления для сложных систем электроприводов объединяют в щиты открытого типа в виде панелей или закрытого типа в виде шкаВнфов. Открытые щиты устанавливают в машинных отделениях или помещеВнниях управления, а шкафы - около производственных механизмов
Различают станции общепромышленного типа и специализированные. К общепромышленным относят станции, имеющие стандартные схемы управВнления двигателями постоянного тока, осуществляющие их пуск, реверВнсирование и торможение. Специализированные представляют собой станВнции управления электроприводами конкретных механизмов различных отВнраслей промышленности ( металлургической, химической, текстильной и др. )
5. СИНТЕЗ ЛОГИЧЕСКОГО АВТОМАТА
Операция закрытия ворот
После поступления сигнала с пульта управления включается двигаВнтель 1 ведущей створки, следом включается двигатель 2 ведомой створки. Когда ведущая створка дойдет до угла 50 о путевой выключаВнтель отключит двигатель, ведомая створка продолжает движение, пока не дойдет до угла 65 о , затем срабатывает путевой выключатель и двиВнгатель отключается.
Одновременно с этим включается двигатель ведущей створки, и она начинает движение до тех пор пока не поступит сигнал с датчика каВнсания, о том, что ведущая створка коснулась ведомой. Двигатель веВндомой створки приходит в движение и оба двигателя доводят створки до полного закрытия, пока не поступит сигнал с датчика створения . Тогда двигатели отключаются, и механизм створок затормаживается
Операция открытия ворот
После поступления сигнала с пульта управления включается двигаВнтель 1 ведущей створки и она начинает свое движение. Отойдя на 5 о поступает сигнал на включение ведомой створки. Дойдя до конечных положений оба двигателя отключаются конечными выключателями. МехаВннизмы тормозятся.
Ва
6. ОХРАНА ТРУДА
Электробезопасность при эксплуатации гидротехнических сооружеВнний
Помещения на гидротехнических сооружениях по опасности поражения делятся на - помещения с повышенной опасностью, где относительная влажность достигает 75%. к ним относятся помещения контакторных паВннелей, панели автоматики, центрального пульта управления, распредеВнлительных устройств, трансформаторных подстанций, механизмов ворот и затворов;
- помещения особо опасные, где относительная влажность близка к 100%. Это - кабельные тоннели, шахты;
- помещения без повышенной опасности
К ним относятся служебные помещения ( комнаты ИТР, охраны )
Электрооборудование гидротехнических сооружений выбирают водозаВнщищенного или герметичного исполнения
Корпуса электродвигателей, трансформаторов, пусковых аппаратов, кожухов рубильников заземляются, а неизолированные токоведущие часВнти ограждаются
Организационные мероприятия, обеспечивающие безопасность при раВнботе в электроустановках, заключаются в оформлении наряда, выдаче допуска к работе, надзоре во время работы и оформлении перерывов в работе
Работы в электроустановках гидросооружений на токоведущих частях без снятия напряжения допускается производить в аварийных случаях. В остальных случаях работы должны выполняться при полном или часВнтичном снятии напряжения
Технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работ с частичным или полным снятием напряжения выполняется в строго оговоВнренной последовательности
Выполняют необходимые отключения и вывешивают запрещающие плакаВнты, а если это необходимо, то устанавливают ограждения
Затем накладывают переносные заземления - закоротки . Ва Переносные заземления вначале присоединяют к земле , проверяют отсутствие напВнряжения, а затем накладывают на электроустановку
Наличие напряжения в электроустановках определяется переносными приборами, указателями напряжения и токоизмерительными клещами
Большинство работ по обслуживанию и ремонту электроустановок гидросооружений выполняется лицами, имеющими квалификационную групВнпу не ниже 4
6.1. Правила технической эксплуатации электродвигателей.
На электродвигатели и приводимые ими в движение механизмы должны быть нанесены стрелки, указывающие направление вращения механизма и двигателя.
На коммутационных аппаратах ( выключателях, контакторах, магнитВнных пускателях и т.п. ), пускорегулирующих устройствах, предохраниВнтелях и т.п. должны быть надписи, указывающие, к какому электродвиВнгателю они относятся
Плавкие вставки предохранителей должны быть калиброваны с укаВнзанием на клейме номинального тока вставки. Клеймо ставится заводом
- изготовителем или электротехнической лабораторией. Применять неВнкалиброванные вставки запрещается. Защита всех элементов сети потВнребителей, а также технологическая блокировка узлов выполняются таВнким образом, чтобы исключался самозапуск электродвигателей ответсВнтвенных механизмов
Коммутационные аппараты следует располагать возможно ближе к электродвигателю в местах, удобных для обслуживания, если по услоВнвиям экономичности и расхода кабеля не требуется иное расположение
Для контроля наличия напряжения на групповых щитках и сборках электродвигателей размещаются вольтметры или сигнальные лампы
Для обеспечения нормальной работы электродвигателей напряжение на шинах поддерживается в пределах 100 - 105% номинального. При неВнобходимости допускается работа электродвигателя при отклонении напВнряжения от -5 до +10% номинального
Электродвигатель немедленно ( аварийно ) отключается от сети в случаях:
а) несчастный случай ( или угроза его ) с человеком;
б) появление дыма или огня из электродвигателя или его пускореВнгулирующей аппаратуры;
в) вибрация сверх допустимых норм, угрожающая целостности электВнродвигателя;
г) поломка приводного механизма;
д ) нагрев подшипника сверх допустимой нормы, указанной в инсВнтрукции завода - изготовителя;
е) снижение частоты вращения, сопровождающееся быстрым нагревом электродвигателя
Профилактические испытания и измерения на электродвигателях должны проводится в соответствии с нормами
6.2. Анализ вредных и опасных факторов на гидротехнических сооВнружениях. Нормы, мероприятия по поддержанию норм, меры безопасносВнти.
Загрязнение воздуха .
Все служебные и бытовые помещения обеспечены системой естественВнной и принудительной вентиляции. Места затора воздуха располагаются в зоне наименьшего загрязнения
Уровень шума
Для работы на гидросооружениях уровни шума регламентируются "ГиВнгиеническими нормами допустимых уровней звукового давления на рабоВнчих местах".
Ва
6.3. Электробезопасность
Для безопасного обслуживания шлюза предусмотрено выполнение меВнроприятий общего характера: ограждение движущихся частей, средства автоматической остановки и отключение оборудования от источников энергии при опасных неисправностях, авариях; блокировочные устройсВнтва. Пульт управления снабжен сигнальными световыми устройствами. Организована периодическая проверка знаний персонала и его обучеВнние
6.4. Расчет защитного заземления трансформаторной подстанции. Защитное заземление трансформаторной подстанции осуществляется с
помощью искусственных заземлителей . В качестве искусственных заземлиВнтелей обычно применяют стальные трубы. Их количество определяется расчетом
1. Удельное сопротивление грунта r принимаем: r = 0,4*10 4 Ом* см ; грунт - глина
2. Заземлитель выполняется из стальных труб Д = 20мм, l = 2м, соединенных стальными полосами 45*4мм
3. Сопротивление растекания одиночной трубы:
R т . о . = 0,366*r/l*( ln (2*l/d)+1/2* ln ((4* h+l )/(4*h-l))) =
= 0,366*0,4*10 4 /2*( ln (2*2/0,02)+1/2*ln((4*0,6+2)/(4*0,6-2)) Ва =
= 34,18 Ом, где h = 0,6м - глубина погружения заземления
4. Приблизительно определяем количество труб из условия R з =40м
n = R т.о . /( R з *h ) = 34,18/(4*0,6) = 24,24;
где, R з - требуемое сопротивление заземлительного устройства;
h = 0,6 - коэффициент, учитывающий взаимное экранирование труб
5. Определяем сопротивление R n.o . одиночной стальной полосы ( без учета экранирования трубами )
R n.o . = 0,366*r/l 1 * ln (2*l 1 2 /(b 1 *h 1 ));
где l 1 - длинна полосы, м;
l 1 = 4*14,24 = 56,96 м ;
b 1 - 0,045 м - ширина полосы,
h 1 = 0,6 м - глубина погружения полосы
R n.o . = Ва 0,366*0,4*10 2 /56,96* ln (2*56,96 2 /(0,045*0,6)) = 1,33 Ом
6. Определяем необходимое сопротивление труб, обеспечивающее сопротивление контура не более заданной величины
R т = R n *R з /( R n +R з ); где R n = R n.o . / h п = 1,33/0,32 = 4,16 Ом
R n - сопротивление полосы с учетом экранирования трубами, Ва h п =
0,32 - коэффициент, зависящий от отношения расстояния между трубами к длине трубы
R т = 4,16*4/(4,16+4) = 2,04 Ом
Уточняем количество труб
Ва
n = R т.о . / h*R т = 34,18/(0,61*2,04) = 27,47
Принимаем n = 28 труб
7. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ.
Расчет годового экономического эффекта от внедрения автоматизиВнрованной системы управления технологическим процессом проводки суВндов через шлюзованный канал ( АСУТП "Канал" ). Данная модернизация входит в АСУТП "Канал". В плане работ по совершенствованию технолоВнгического процесса проводки флота по каналу установлена возможность снижения времени нахождения судов в водах канала с одновременным увеличение его пропускной способности. Для практической реализации такой возможности создается автоматизированная система управления технологическим процессом
На научно - исследовательские работы было затрачено 2 года. ПроВнектирование намечено проводить 3 года. На внедрение и освоение сисВнтемы отводится 1 год. В качестве расчетного принимается год внедреВнния и освоения системы
Распределение капитальных вложений по годам: K t1 = 2 млн .р уб. K t2 = 2,4 млн.руб. K t3 = 3,2 млн.руб. K t4 = 4 млн.руб. K t5 = 24 млн.руб K t6 = 44 млн.руб. Капитальные вложения, приведенные к расчетному году, будет составлять
K 2 = S K ti *(1-e ) 6 -i = 2*44 2 +2,4*44 4 +3,2*44 3 +4*44 2 +24*44 1 +44*44 0 = = 320 млн . руб
Грузооборот по каналу за навигацию ( А 1 ; А 2 ),млн .т он: базового 13; проекторуемого 21
Годовые эксплуатационные затраты по каналу и флоту за время наВнхождения его в водах канала ( S 1 ; S 2 ) млн .р уб : базового 348 мил.руб , проектируемого 369,6 мил.руб
Средний пробег с грузом за один оборот судна ( l ) км; проектиВнруемого 500
Средняя доходная ставка по перевозкам ( d ), руб /10 т*км . 1380 руб
Средняя себестоемость перевозок ( S ), руб /10 т*км . 844 руб
Расчет экономического эффекта:
Э ф = S 1 (A 1 )- S 2 (A 2 )- E н * К 2 +D П
Дополнительная прибыль D П рассчитывается:
D П = (A 2 -A 1 )*l/2*(d-S) = (21-13)*500/2*(1380-844)*0,001 = 105 млн . руб
Э ф = 348-369,6-0,3*320+105 = 404 млн .р уб
8. ЛИТЕРАТУРА
1. В.П.Шорин "Электрооборудование водных путей и технического флота" М; Транспорт 1990 г
2. П.П.Онохов "Механическое оборудование шлюзов и судоподьемниВнков " М; Транспорт 1973 г
3. А.В.Михайлов "Судоходные шлюзы" М; Транспорт 1966 г
4. С.А.Попов "Автоматизация производственных процессов на водном транспорте" М; Транспорт 1983 г
5. "Теория электрического привода" ЛИВТ 1979 г Методическое указания
Вместе с этим смотрят:
Расчет болтовых соединений и штифтовРасчет парового котлаРесурсосберегающие технологии при производстве сборного железобетонаСамолет тАУ ВлСикорский С-16В»