ACADEMIA NAVALAMIRCEA CEL BATRAN CONSTANTA

PROIECT LA ACTIONARI ELECTRICE NAVALE

TEMA: CALCULUL DE ALEGERE SI VERIFICARE A MOTORULUI ELECTRIC DE ACTIONARE A INSTALATIEI DE ANCORARE ACOSTARE DE LA UN CARGOU DE 8700 TDW.

COORDONATOR STIINTIFIC:Cdor.conf.dr. VASILE DOBREF

STUDENT: NITU Mircea-AdrianGRUPA:461 C

CONSTANTA2015

INSTALATIA DE ANCORARE PROVA:

Insalatia de ancorare prova este amplasata pe puntea teuga in extremitatea prova si se compune din: Doua cabestane de ancora si de manevra; Trei ancore din care doua principale si una de manevra; Doua declansatoare de lant amplasate in corespondenta puturilor de lant pe puntea principal si actionate de pe puntea teuga de la o roata de manevra; Doua lanturi de ancora din otel de rezistenta marita; Doua nari de ancora din table roluite si sudate pe generatoare avand la intersectia cu nisa narii de bord din otel turnat; Doua nise de ancora in bordure pentru asezarea si pastrarea ancorelor la post in mars; Doua nari de lant din table roluite si sudate pe generatoare avand extremitatea din put un troncon din table roluita pentru ghidare; Doua strope cu rola si cutit in constructive sudata; Doua dispositive de botare a lantului din parama; Doua capete de furtuna amplasate in extremitatea de pe puntea teuga a narii de ancora.

DIMENSIOAREA INSTALATIEI CONFORM NORMELOR DE REGISTRU

Stabilirea caracteristicii de dotare a navei i stabilirea caracteristicilor ancorii i lanului:unde: - deplasamentul volumetric la pescajul corespunztor liniei de ncrcare de var ;B - limea navei ;h - nlimea de la linia de ncrcare de var pn la faa superioar a nveliului punii celui mai nalt ruf ;

n care:a - distana msurat pe vertical, la seciunea maestr, de la linia de ncrcare pn la faa superioar a nveliului punii superioare [m];hi - nlimea n plan diametral, a fiecrui nivel al suprastructurii sau rufului cu o lime mai mare de 0,25B [m];A suprafaa velic n limitele lungimii navei L , considerat de la linia de ncrcare de var .

n cazul de fa avem urmatoarele dimensiuni principale ale navei ALBATROS de 8700 tdw: Lungimea maxima:L max=130,86 m; Lungimea intre perpendiculare : Lpp=121,21 m; Latimea maxima: Bmax=17,7 m; Inaltimi de constructive; La puntea intermediara 7,2m; La puntea principala 10,2 m; Pescaje:-de esantionaj:T1=6,6 m;-de plina incarcare: Tmax = 8,10 m; Viteza: V = 15 Nd; Numarul etajelor de suprastructura: Ni = 5; Inaltimea unui etaj de suprastructura:-inaltimea primului nivel este de 2,55 m;-inaltimea celorlalte nivele este de 2,5 m; Aria suprafetei velice: A=581,69 ;

- greutatea specifica a apei de mare. - coeficeintul bloc;in care : k=1,051,08 coeficientul lui Alexander; - numarul lui Froude.unde: v=15 Nd viteza economica a navei;

Stiind ca 1 Nd =0,514[m/s] avem:

V = 15 0,514 = 7,71[m/s];Introducand valoarea vitezei ecnomice in expresia numarului Froude avem:

Deci coeficientul bloc va fi:

1.194 m

In expresia caracteristicii de dotare avem termenul:

unde:in care: - este numarul etajelor de sprastructura; =2,5 inaltimea unui etaj de suprastructura;Deci:Inaltimea conventionala este:

Suprafata velica in limitele lungimii navei:

Rezulta caracteristica de dotare :

Se ndeplinete condiia 840 910 deci din tabelul din ANEXA 2 vom extrage datele: numrul de ancore 3 aleg ancore de tip Hall a cte 2840 kg fiecare lungimea total a dou lanuri , unul de 11 chei i altul de 7 chei , de 467,5 m: calibre disponibile 54 mm 46 mm 40 mmAleg lanul de 46 mm n funcie de toate caracteristicile mecanicde ale oelurilor din care se execut lanurile de ancor,acestea sunt de trei tipuri corespunztoare a trei categorii de oeluri: tip 1 oel de categorie 1 cu Rm=305 N/mm; tip 2 - oel de categorie 2 cu Rm=490 N/mm; tip 3 - oel de categorie 3 cu Rm=690 N/mm.n care Rm reprezint rezistena la rupere a materialului.Lanurile de ancor se alctuiesc din chei de lan.Cheile sunt mbinate ntre ele cu ajutorul zalelor de mpreunare ( Kenter ).Dup poziia pe care o ocup n lan , cheile de lan se mpart n: cheie de lan de ancor,care se prinde de ancor; chei de lan intermediare; cheie de lan de capt,care se fixeaz la dispozitivul de declanare a lanului.Cheile de lan intermediare au lungimea cuprins ntre 25 m i 27,5 m , numrul zalelor fiind ntotdeauna par.

1.CALCULUL PARAMETRILOR NECESARI I ALEGEREA MOTORULUI DE ACIONARE Alegerea motorului electric corespunztor unei anumite acionri se face lund n considerare un numr nsemnat de criterii.n primul rnd trebuie ales felul curentului,continuu sau alternativ,apoi tensiunea,eventual frecvenele,puterea i tipul constructiv al motorului.Alegerea puterii motorului de acionare a unui mecanism naval se face considernd cunoscut variaia de timp a cuplului de sarcin a mecanismului respectiv.Alegerea corect a puterii motoarelor electrice are mare importan,att din punct de vedere al funcionrii i utilizrii acestora,ct i din cel al pierderilor de energie n reeaua de alimentare.Subdimensionarea motoarelor electrice determin supranclzirea i deteriorarea rapid a izolaiilor.n acelai timp,cuplul de pornire i capacitatea de suprancrcare devin mai mici i conduc la reducerea productivitii mainilor de lucru,mai ales al acelora care necesit porniri frecvente.Supradimensionarea motoarelor crete inutil cheltuielile de investiie,reduce randamentul i n cazul motoarelor asincrone i factorul de putere.n cele mai multe cazuri,puterea motorului electric se alege inndu-se seama de nclzirea lui i apoi se verific la suprasarcin.Sunt ns cazuri, mai ales n acionrile electrice navale n care motorul electric se alege pe baza puterii de vrf i se verific ca nclzirea s nu depeasc limita impus n regim permanent.Navele electrificate n curent alternativ folosesc pentru acionarea mecanismelor de ancorare motoarele asincrone.Motoarele asincrone cu rotorul n scurtcircuit cu mai multe viteze cunosc o larg rspndire n acionarea mecanismelor de ancor deoarece sunt simple,rezistente i uor de exploatat.asfel de motoare se folosesc n prezent pentru puteri pna la 85 kW i au de regul trei viteze corespunztori numrului de poli 2p=4/8/16. Viteza medie 2p=8 corespunde caracteristicii mecanice naturale i realizeaz nvingerea cuplurilor de sarcin mari pe timpul tragerii navei pe lan i smulgerii ancorei sau pentru tragerea parmelor de legare cnd sarcina are valori mari.viteza mic , 2p=16 , este utilizat,de regul,pentru tragerea ancorei n nar.Pentru puteri mici ale instalaiei de ancorare sau manevr se folosesc i motoare asincrone n scurtcircuit cu dou viteze.De regul , se recomand s se foloseasc motoare asincrone cu rotorul n scurtcircuit cu dou viteze,pentru puteri ale instalaiei n limitele 2-10 kW i motoare asincrone cu rotor n scurtcircuit cu trei viteze pentru puteri n limitele 10-60 kW i n unele cazuri pn la 85 kW.

1. 1. Calculul forei nominale de traciune n lan la barbotinPutrea motorului de acionare a mecanismului de ancorare trebuie s asigure tragerea nentrerupt timp de 30 de minute a unui lan de ancor mpreun cu ancora cu fora de inere normal,cu o vitez de cel puin 9m/min i cu o for de traciune la barbotin cel puin egal cu cea determinat cu formula: unde: a = 3,75 pentru lanuri de categ. 1; a = 4,25 pentru lanuri de categ. 2; a = 4,75 pentru lanuri de categ. 3; d = diametrul ( calibrul ) lanului n .n cazul de fa: a = 4,25 d = 46 mm NViteza de virare a lanului de ancor se msoar pe lungimea a dou chei de lan ncepnd din momentul n care trei chei de lan sunt complet scufundate n ap.La apropierea ancorei de nav,viteza de virare trebuie s fie cel mult de 10 m/ min .Se recomand ca viteza de intrare a ancorei n nav s fie de 7 m/ min.Pentru desprinderea ancorei de fund,mecanismul de acionare al instalaiei trebuie s asigure timp de 2 minute crearea n lan , pe o barbotin a unei ancore, a forei de traciune de cel puin 1,5.Barbotinele trebuie s aib cel puin 5 locauri pentru zale. La barbotinele vinciurilor, unghiul de nfurare al lanului trebuie s fie de cel puin 115 , iar barbotinele cabestanelor de cel puin 150.Dac sistemul de acionare poate dezvolta un moment ce creeaz o for n lan mai mare de 0,5 din sarcina de prob a lanului de ancor,trebuie s se prevad o protecie la depirea sarcinii artate,montat ntre sistemul de acionare i mecanism.Dac se prevede comanda de la distan a operaiei de filare a lanului de ancor,atunci c6nd mecanismul este decuplat de barbotin,trebuie s se prevad un dispozitiv care s asigure frnarea automat a frnei de band,astfel nct viteza maxim de filare a lanului s nu depeasc 180 m/min,iar viteza minim s nu fie mai mic de 80 m/min.Frnarea barbotinei mecanismului de ancorare trebuie s asigure oprirea lanului de ancor n cazul filrii line n cel mult 5 secunde i cel puin 2 secunde din momentul apariiei comenzii de frnare.La postul de comand de la distan trebuie s se prevad un contor al lungimii lanului de ancor filat i un indicator de vitez a filrii lanului cu marcarea vitezei limit admisibil de 180 m/min.Mecanismele i prile componente pentru care se prevede comanda de la distan trebuie s aib o comand local manual.Mecanismele de ancorare destinate i pentru ndeplinirea operaiilor de manevr,trebuie s satisfac i cerinele pentru vinciuri i cabestane de manevr.

1. 2. Calculul cuplului nominal la axul electromotorului se realizeaz cu relaia: n care = 2 este coeficientul de suprasarcin,iar este cuplu de sarcin maxim.Solicitarea maxim a motorului poate s apar n urmtoarele situaii:a) la smulgerea ancorei de pe fundul apei,caz n care ; cuplul necesar smulgerii ancorei de pe fundul apei calculndu-se cu relaia:

n care este raza barbotinei .Barbotinele au de regul pe circumferin 5 locauri pentru lan,iar pasul lanului sau lungimea unei verigi este de 8d.De aici rezult c:

- randamentul transmisiei mecanice; - randamentul narei de ancor; - raportul de transmisie al vinciului de ancor; - fora necesar smulgerii ancorei de epe fundul apei,care se calculeaz cu formula empiric: unde: - coeficientul de inere al ancoreiq=0,215 d - greutatea liniar a unui metru de lan n aer;H=100 - adncimea n locul de staionare;Q= greutatea ancorei n aer;Q=2840x9,81=27860 .Deci : b) La virarea ( ridicarea) ancorei de la o adncime egal cu lungimea total a lanului , n care caz : unde L= 467.5 este lungimea total a lanului de ancor: c) La ridicarea simultan a dou ancore suspendate liber,de la jumtatea adncimii convenionale a apei,n care caz:

Din relaia : 1. 3. Turaia electromotorului n rot/min necesar pentru a asigura viteza nominal de 9 m/min la ridicarea lanului de ancor se calculeaz cu formula: n care -vitez medie impus de virare a ancorei = 1 - valoarea estimat a alunecrii nominale dup catalogul din care se alege motorul electric. In cazul unui motor asincron in scurtcircuit x= si Considerm i va rezulta =0,9 1.4. Puterea electromotorului n kW necesar pentru ridicarea ancorei cu viteza i sarcina nominal:

1.5. Calculul forei de frnare la barbotin pentru meninerea frnat a axului electromotorului n cazul dispariiei tensiunii de alimentare:

unde k = 1,3 ( mecanism cu vitez normal );Valoarea forei de frnare este de :

1. 6. Cuplul necesar al frnei electromagnetice la axul electromotorului: = 294.846

1.7. Alegerea electromotorului se face ,pe baza datelor obinute, din catalogul fabricii constructoare.La alegerea lor se au n vedere urmtoarele cerine:a) Cuplul nominal al motorului pentru regimul de scurt durat,30 minute,la turaia de baz,trebuie s fie mai mare dect cuplul nominal calculat:

b) Cuplul de pornire al electromotorului pentru turaia de baz trebuie s fie:

d) Cuplul maxim s-a putut alege fie din condiia de smulgere a ancorei de pe fundul apei cu ajutorul expresiei:

fie din condiia de asigurare a regimului de avarie, adic din condiia de ridicare a ancorei de la o adncime egal cu lungimea total a lanului L, considernd F = G + qL, fie din condiia ridicrii celor dou ancore de la o adncime dat. Utiliznd un motor de curent alternativ, este mai indicat s se calculeze nu cuplul nominal, ci cuplul de pornire, care, considernd o reducere a tensiunii de 10 %, trebuie s fie mai mare cu 25 % dect cuplul de sarcin care apare la smulgerea ancorei, adic:

Se alege un motor asincron cu rotorul n scurtcircuit, de tip AG 250 MV 16/8/4 cu trei trepte de vitez, avnd trei nfurri statorice distincte n conexiune stea, parametrii nominali fiind indicai n tabelul urmtor:

PARAMETRII NOMINALITREAPTA DE VITEZ

IIIIII

Numrul de poli, 2p1684

Puterea nominal PN [KW]163232

Turaia nominal nN [rot/min]3557351480

Curentul nominal IN [A]548558

Curentul de pornire IP / IN [A]2,511,72,3

Tensiunea nominal UN [V]380380380

Cuplul critic Mk / MN [Nm]1,712,51,4

Cuplul de pornire MP / MN [Nm]1,32,031,2

Factorul de putere cos0,60,650,92

Serviciul de funcionareS2 = 2 min.S2 = 30 min.S2 = 10 min.

Clasa de izolaieF

Frn TipMSB 55110

Schema de conexiuniYY

Cuplul nominal al motorului pe prima treapt de vitez va fi:

n care PN se introduce n [KW], iar nN n [rot/min].Cuplul nominal al motorului pe treapta a doua de vitez va fi:

Cuplul nominal al motorului pe treapta a treia de vitez va fi:

Verificarea motorului ales din catalogSe verific motorul electric ales, dac pe turaia de baz ndeplinete urmtoarele condiii:

2. VERIFICAREA ELECTROMOTORULUI LA NCLZIRE

2.1. Calculul forelor ce acioneaz n lanul de ancor pe timpul staionrii navein timpul staionrii navei la ancor,asupra ei acioneaz fore exterioare ca:fora vntului i a curentului, a cror rezultant este pe o direcie orizontal.Nava st la ancor nemicat atunci cnd rezultanta forelor exterioare aplicat navei este echilibrat de forele interioare,datorate greutii lanului i ancorei.Pentru dimensionarea instalaiei trebuie s calculm forele ce solicit elementele componente ale instalaiei de ancorare.Rezultanta acestor fore o vom nota cu Forele exterioare care acioneaz asupra navei au diverse origini,evideniindu-se cantitativ doar cele produse de interaciunea curentului marin,,i a vntului,.Se poate scrie c: unde: n care: - densitatea apei de mare n zona de rm a Mrii Negre - coeficient de corecie pentru influena curburii corpului.n tabelul 2.1.1 de mai jos sunt date valorile coeficientului n funcie de raportul dintre lungimea i limea nvei.6.08.01012

1,041,031,021,01

- coeficient de frecare a apei de caren; - majorarea coeficientului de frecare datorat prezenei asperitilor pe corpul navei ; - suprafaa udat a carenei ; - viteza curentului marin ; - viteza navei la tragerea ei pe lan ; - coeficient de presiune al vntului ; - suprafaa velic a navei ; - viteza vntului,corespunztoare a (36 ) grade Beaufort n cazul de fa: m m

- un coeficient care ine seama de forma corpului navei; ; 2.2. Lungimea lanului de ancor liber suspendat n ap este:l = unde : h = 100 m adncimea de ancorare;q greutatea unui metru liniar de lan n aer ;g = 9,81 acceleraia gravitaional .Lungimea prii de lan care este aezat liber pe fund:

Figura 2.2.1. Prezentarea lanului de ancor cu cele dou componente

n cazul de fa:l = - nr.de chei de lan 2.3. Calculul forelor ce acioneaz n lanul de ancor,la barbotin pe timpul ridicrii ancorein figura 7.4.2. sunt prezentate poziiile succesive ale navei i lanului de ancor pe timpul ridicrii ancorei.Pentru ridicarea ancorei ,n mod normal , se execut urmtoarele operaiuni:a) Tragerea navei pe lan cu for de traciune constant

Pe durata acestei operaiuni,cabestanul ( vinciul ) trage lanul de ancor cu o for de traciune constant pn la ridicarea ultimei verigi aezat liber pe fund.Nava se deplaseaz spre locul de fundarisire al ancorei,iar forma lanului rmne neschimbat.Neglijnd distana dintre nar i linia de plutire n comparaie cu h i innd seama de frecrile n nar se obine expresia forei n lan la barbotin pentru prima etap:

unde: - randamentul narei de ancor; - greutatea unui metru liniar de lan n ap; - coeficientul de micare al apei de mare; n cazul acestei instalaii:

La sfritul operaiunii,lanul ocup poziia

Figura 2.3.1 Poziiile succesive ale navei i lanului de ancor la ridicarea ancorei

b) Aducerea navei deasupra ancorei

Nava continu s fie tras spre locul de fundarisire a ancorei.Forma lniorului se schimb continuu i odat cu aceasta fora de traciune n lan crete continuu,iar electromotorul este solicitat s dezvolte cupluri din ce n ce mai mari.La sfritul acestei etape lanul ocup poziia Fora de traciune crete liniar fa de fora constant din prima etap,ajungnd pn la valoarea de smulgere a ancorei.

c) Smulgerea ancorei de pe fund

Fora total de traciune n lan,n momentul desprinderii,pe care trebuie s o dezvolte motorul electric este:

n cazul de fa:

d) Ridicarea ancorei suspendat liber

Imediat dup smulgere,fora de traciune n lan la barbotin va fi: Pe timpul acestei etape fora de traciune scade continuu pe msur ce se vireaz lanul de ancor la bord,fiind egal la sfritul operaiunii cu greutatea ancorei ajuns la suprafaa apei:

Pentru instalaia de fa:

e) Tragera ancorei n nar

Pe msur ce ancora intr n nar,fora de traciune crete ca urmare a mririi coeficientului de frecare,fiind ctre sfritul operaiunii egal cu:

Aadar,pentru instalaia de fa considerm: n afara regimului normal de ridicare a ancorei examinat mai sus,mai exist i un aa zis regim de avarie,adic regimul n care filarea ancorei a fost efectuat la o adncime care depete lungimea total a lanului de ancor.Cu toate c n acest regim lipsete operaiunea de smulgere a ancorei,el poate reprezenta,n cazul n care lanul de ancor este foarte lung,o solicitare mai mare a electromotorului n comparaie cu regimul normal.Valoarea traciunii n lan la barbotin la nceputul regimului de avarie este: iar la sfritul regimului este: Aadar

2.4. Trasarea caracteristicii mecanice naturale

Pentru motoarele cu rotorul n scurtcircuit,cu condiia ca repartiia curentului pe seciunea conductoarelor ( barelor ) rotorice s rmn destul de uniform,n intervalul s=1 pn la s=0.Motoarele asincrone cu rotorul n scurtcircuit,de construcie normal,au un cuplu mic la pornire,neputnd porni dect n gol sau cu sarcini mici.Cum multe acionri electrice solicit sarcini ( cupluri ) mari la pornire,s-a impus fabricarea unor motoare cu rotor n scurtcircuit de construcie special,cu rezistena rotoric mrit,n aa fel nct s rezulte un cuplu de pornire mare,corespunztor unui curent rotoric mic ( motoare cu pornire ameliorat,sau cu efect pelicular,motoare cu bare nalte,sau cu dubl colivie );aceste motoare au parametrii variabili cu alunecarea,motiv pentru care nu se poate exprima caracteristica mecanic natural sub form analitic,similar celor cu rotor bobinat.Fiecare motor de acest tip trebuie nsoit de caracteristica sa natural.De multe ori ns,aceasta nu se cunoate i nici nu se dispune de mijloace pentru determinarea ei pe cale experimental.n aceste situaii,unii autori propun formele,obinute pe baz de cercetri i experimentri,cu ajutorul crora poate fi calculat caracteristica mecanic natural a unui astfel de motor.Pentru unele motoare,caracteristica mecanic natural se poate exprima cu aproximaie bun prin relaia: (2.4.1.) n care se calculeaz cu relaia :

, cu i .Dnd valori lui s ntre 0 i 1 , se calculeaz cuplul cu relaia ( 2.4.1. ),apoi reprezentnd perechile de valori ( s , M ) se traseaz caracteristica mecanic natural.Caracteristicile mecanice naturale ale motoarelor asincrone cu rotorul n scurtcircuit,cu pornire ameliorat,utilizate n acionrile electrice navale,se pot calcula cu aproximaie bun cu aa numita ecuaie general a caracteristicii mecanice a motoarelor electrice navale: (2.4.2.) n care s-a notat: - turaia , n mrimi relative; - cuplul n mrimi relative; - alunecarea nominal;x - exponent ce depinde de tipul motorului; n cazul motoarelor asincrone cu alunecare mrit,are valoarea x = n figura 2.4.3. se prezint formele tipice , mai uzuale , de caracteristici mecanice naturale,n mrimi raportate,ale unor motoare asincrone cu alunecare mrit,de construcie strin.

Figura 2.4.3.innd cont de consideraiile teoretice de mai sus se va efectua calculul tabelar i se va trasa caracteristica mecanic natural a motorului ales.Tabelul 2.4.2.nbvM

69075000,080,18816205,314582944,123

690750500,080,1881620,0666675,3084812940,744

6907501000,080,1881620,1333335,280082925,011

6907501500,080,1881620,25,2195092891,457

6907502000,080,1881620,2666675,119422836,01

6907502500,080,1881620,333334,9736492755,257

6907503000,080,1881620,44,7767822646,199

6907503500,080,1881620,4666674,5239272506,124

6907504000,080,1881620,5333334,2105882332,544

6907504500,080,1881620,63,8325842123,14

6907505000,080,1881620,6666673,3859861875,738

6907505500,080,1881620,7333332,8670811588,28

6907506000,080,1881620,82,2723371258,809

6907506500,080,1881620,8666671,598379885,4556

6907507000,080,1881620,9333330,841971466,4277

6907507500,080,188162100

x = ;

2.5. Calculul momentelor i a turaiilor la axul electromotorului pentru etapele de ridicare ale ancorei de la 7.4.3.Calculul momentelor se va face n funcie de forele de traciune cu ajutorul formulei: unde: k = I ;Turaiile se vor extrage din diagrama caracteristicii mecanice naturale n funcie de moment.n urma calculelor avem. m]; ;

2.6. Calculul timpilor pentru etapele de ridicare a lanului de ancor se va efectua astfel.a) tragerea navei pe lan b) aducerea navei deasupra ancorei c) smulgerea ancorei;durata repausului sub curent d) ridicarea ancorei Durata total a ciclului este:T = Electromotorul este ales corect deoarece se verific condiia: T=29,84 30 min.

Fig. 4.2.1. Diagrama de sarcin a acionrii electrice pentru instalaia de ancorare acostare n regim normal

2.7. Calculul momentului echivalent se face cu formula:

Electromotorul ales corespunde din punct de vedere al nclzirii deoarece se verific condiia:.

3. VERIFICAREA ELECTROMOTORULUI ALES PENTRU REGIMUL DE AVARIE

Se determin lungimea de lan scufundat liber care poate fi ridicat de electromotor n regimul de avarie:

unde:

Se determin raportul .Acionarea electric trebuie s asigure ridicarea ancorei,care atrn de lan i o lungime a lanului de 85% din lungimea total.Adic electromotorul ales satisface regimul de avarie dac ( valoarea minim admis ). deci electromotorul ales satisface regimul de avarie.