DORDESCU MARIAN GHEORGHIU SILVIU

ACIONRI ELECTRICE NAVALE

DORDESCU MARIAN GHEORGHIU SILVIU

ACIONRI ELECTRICE NAVALE

Copyright 2015, Editura NAUTICAToate drepturile asupra acestei ediii sunt rezervate Editurii

Referent tiinific:

Tehnoredactare i grafic: Dordescu Marian

Coperta: Dordescu Marian

Editura NAUTICA, 2015Editur recunoscut de CNCSISStr. Mircea cel Btrn nr.104900663 Constana, Romniatel.: +40-241-66.47.40fax: +40-241-61.72.60e-mail: info@imc.rowww.edituranautica.org.ro

Descrierea CIP a Bibliotecii Naionale a RomnieiDordescu, Marian Acionri electrice navale / Marian Dordescu, Silviu Gheorghiu. - Constana : Nautica, 2015 Bibliogr. ISBN 978-606-681-055-5I. Gheorghiu, Silviu62-83:629.5ISBN 978-606-681-055-5

5

CUPRINSCapitolul 1ACIONAREA ELECTRIC A INSTALAIILOR DE ANCORARE-ACOSTARE ..................4

1.1. Rolul i elementele principale ale instalaiilor de ancorare ..4

1.2. Prevederile societilor de clasificare ....................................11

1.2.1. Instalaia de ancorare .......................11

1.2.2. Instalaia de legare ....................12

1.2.3. Instalaia de remorcare 16

1.3. Tipuri i parametri de baz ale mecanismelor de ancorare i legare .......30

1.4. Acionarea electric a mecanismelor de ancorare - acostare .........41

1.5. Alegerea i verificarea motorului electric de acionare a mecanismelor de ancorare - acostare. Exemplu de calcul...............................................................................................................

1.5.1. Forele care acioneaz n lanul de ancor pe timpul staionrii navei la ancor .41

1.5.2. Forele care acioneaz n lanul de ancor, la barbotin pe timpul ridicrii ancorei 45

1.5.3. Alegerea motorului electric de acionare a mecanismului de ancorare - acostare ...46

1.5.4. Calculul diagramelor de sarcin i verificarea motorului electric ales .

1.6. Calculul puterii motorului pentru acionarea cabestanului de manevr (legare)...................

1.7. Scheme de comand pentru acionarea electric a mecanismelor de ancorare - acostare .

1.7.1. Clasificare. Tipuri de protecie electric ...

1.7.2. Scheme electrice de comand cu relee i contactoare ale acionrii cabestanelor (vinciurilor) de ancor ..

Capitolul 2ACIONAREA ELECTRIC A INSTALAIILOR DE NCRCARE DESCRCARE .53

2.1. Destinaie, regimuri de lucru i tipurile mecanismelor navale de ncrcare .53

2.2. Prevederile societilor de clasificare ...................62

2.3. Stadiul actual i direcii de dezvoltare ....64

2.3.1. Prezentarea general .....64

2.3.2. Sisteme cu motor de execuie de curent alternativ ...66

2.4. Diagramele de sarcin ale mecanismelor de ncrcare descrcare ....77

2.5. Alegerea puterii motorului electric de acionare. Exemplul de calcul 79

2.6. Scheme electrice de comand a acionrii instalaiilor de ncrcare descrcare ...64

2.6.1. Scheme electrice de comand cu controler .64

2.6.2. Scheme electrice de comand cu relee i contactoare .....66

Capitolul 3ACIONAREA ELECTRIC A INSTALAIEI DE GUVERNARE ..85

3.1. Caracterizare general, cerine i clasificri ...................85

3.2. Calculul diagramei de sarcin ......................................................................91

3.3. Mecanisme de transmisie ................................................................120

3.3.1. Transmisii mecanice pentru crme .........................121

3.3.2. Transmisii hidraulice pentru crme .......122

3.4. Scheme electrice de acionare a crmei .125

3.4.1. Scheme electrice de comand a acionrilor electromecanice 125

3.4.2. Motoare electrice folosite pentru crme cu transmisie hidraulic .................133

3.5. Alegerea i verificarea motorului electric de acionare ..158

3.5.1. Calculul acionrii electromecanice a crmei ....................158

3.5.2. Calculul acionrii electrohidraulice a crmei ..175

Capitolul 4ACIONAREA ELECTRIC A MECANISMELOR AUXILIARE ....225

4.1. Generaliti ..225

4.2. Caracteristicile de baz ale mecanismelor auxiliare ...275

4.3. Alegerea motoarelor electrice de acionare ..291

4.3.1. Calculul puterii motoarelor electrice de acionare a pompelor i ventilatoarelor. Exemplu de calcul .291

4.3.2. Calculul puterii motoarelor electrice de acionare a compresoarelor . Exemplu de calcul 298

4.4. Scheme electrice de comand a acionrii pentru mecanismele auxiliare ...304

BIBLIOGRAFIE323

ANEXE

Capitolul 1 Acionarea electric a instalaiilor de ancoraRE - acostare

1.1. Rolul i elementele principale ale instalaiilor de ancorare

Instalaia de ancorare are rolul de a asigura staionarea sigur a navei n diferite condiii. La staionarea navei n rade deschise sau nchise, aceasta este supus aciunii forei datorate vntului, forei datorate curenilor marini i forei datorate valurilor. Pentru a asigura meninerea navei pe loc n aceste condiii este necesar ca s fie legat de sol cu o legtur flexibil care s-i permit deplasri n jurul unui punct fix. Legarea navei de sol se face cu ajutorul lanului de ancor i al ancorei.Instalaia de ancorare se compune din urmtoarele elemente principale: ancore, lanuri pentru ancore, mecanisme de transmisie, cabestan sau vinci, motor electric de execuie i sistemul de comand.n figura nr. 1.1. este prezentat dispunerea general a instalaiei de ancorare.

Fig. nr. 1.1. Instalaia de ancorare (plan general).Lanul ancorei (2) are un capt legat de ancor, iar cellalt capt este legat de corpul navei printr-o cheie de mpreunare. El se dispune de la ancor prin nara (4), stopa (3) care susine ancora i lanul, barbotina vinciului (1), nara n punte (7) i puul lanului (5). Vinciul este pus n micare de motorul electric prin intermediul transmisiei. ntre motorul electric i mecanismul de transmisie se monteaz o frna electromagnetic. Instalaia de comand a motorului electric se compune din: controler tabloul cu contactoare i relee i cutia cu rezistene de pornire i reglaj.Ancorele care se folosesc frecvent sunt de dou tipuri: ancore tip amiralitate i ancore cu bra articulat. Ancora tip amiralitate are mai mare putere de susinere, ns se prefer de obicei cellalt tip de ancor care are gabarite mai mici, se dispune i se strnge mai uor. Ca mecanisme pentru coborrea i ridicarea ancorelor se folosesc cabestanele sau vinciurile. Cabestanele au axa barbotinei situat vertical i ntregul mecanism de transmisie dispus sub puntea principal, iar vinciurile, spre deosebire de cabestane, au axa orizontal i transmisia mecanic dispus pe punte. Lanul se aeaz pe barbotin care are la periferie locauri n care intr complet o verig a lanului, astfel ca la rotirea acesteia lanul s fie tras la bord. Tamburul de manevr este destinat pentru strngerea parmelor de legare. El are o form concav, pentru ca parma care se strnge s nu cad de pe el. Pe suprafaa tamburului de manevr exist o serie de proeminene, numite nervuri, pentru ca parma s se aeze ct mai strns pe acesta.n figura nr. 1.2. este prezentat schema cinematic a cabestanului de ancor.

Fig. nr.1.2. Schema cinematic a cabestanului de ancor:1 - motor electric; 2 - transmisie melc - roat melcat; 3 - ax; 4 - barbotin; 5 - discuri de friciune; 6 - tambur de manevr;7 - frn electromagnetic.

Barbotina i tamburul de acostare sunt cuplate cu axul (3) al cabestanului prin discurile de friciune (5). Forele de frecare i deci cuplurile transmise prin friciune axului cabestanului se regleaz cu ajutorul resorturilor, astfel nct s se evite aplicarea unor suprasarcini extreme la axul motorului electric de acionare a cabestanului.Cnd fora de apsare pe discuri, creat prin tensionarea unor resorturi acionate printr-un sistem mecanic de o roat, este nul, tamburul de manevr i barbotina se mic liber fa de ax. Aceast manevr se execut la fundarisirea ancorei, cnd sub aciunea greutii proprii ancora se fileaz rotind barbotina i tamburul n gol.Pentru ridicarea ancorei se preseaz discurile (5) i barbotina va fi cuplat prin friciune cu axul (3).Motorul electric de execuie (1) rotete axul (3) i mpreun cu acesta se va roti barbotina (4), virnd lanul ancorei la bordul navei.n figura nr. 1.3. este prezentat schema cinematic a acionrii vinciului de ancor.

Fig. nr. 1.3. Schema cinematic a acionrii vinciului de ancor.

Schema cinematic cuprinde motorul electric de acionare care este cuplat cu axul reductorului prin intermediul unui cuplaj elastic. Prima treapt a reductorului este de tipul melc-roat melcat.Roata melcateste fixat rigid pe axul pe care se mai afl roata cilindric, angrenat cu roata dinat . Pe acelai ax cu roata dinat cilindricse gsesc rigid fixai doi tamburi de acostare i dou roi dinate cilindricecare prin roile dinatevor antrena cuplajele cu ghiareDatorit cuplajelor cu ghiarebarbotinele pot fi decuplate sau cuplate fa de axul de acionare.Cu ajutorul vinciului de ancor se pot vira n acelai timp una sau dou ancore.Pe axul fiecrei barbotine se dispune o frn manual cu band utilizat pentru meninerea ancorei ntr-o poziie oarecare i de asemenea pentru filarea ancorei din frna liber.Calculul schemei cinematice a vinciului de ancorare-acostare se face astfel:1. Se determin coeficientul de transmisie total:;2. Viteza unghiular a barbotinei se determin cu relaia:; de unde : , n care: este viteza de virare a lanului de ancor, iar este raza barbotinei. n calcule se consider.3. Viteza unghiular la axul motorului electric:;4. Cuplul static rezistent la axul barbotinei: ,unde: este efortul de traciune n lanul de ancor;5. Cuplul static rezistent la axul motorului electric: , unde: este randamentul total al transmisiei mecanice;6. Puterea la axul motorului electric: ;7. Momentul redate anterior, dar avnd n vedere coeficientul de transmisie mare (de inerie raportat la axul motorului electric poate fi determinat cu relaiile de calcul datorit existenei transmisiei cu melc-roat melcat), se poate considera n calcule:.Valorile orientative ale raportului de transmisie al reductorului sunt: - n cazul cabestanelor;- n cazul vinciurilor.Aspectul general al unui vinci de ancor este reprezentat n figura nr.1.4.

Fig. nr.1.4. Prezentarea general a vinciului de ancor.

Frna electromagnetic prevzut n schemele cinematice execut frnarea mecanic a axului motorului electric n absena alimentrii cu energie electric. Atunci cnd electromagnetul frnei este alimentat se realizeaz deblocarea axului motorului electric.Frnele electromagnetice pot fi cu band sau saboi. n prezent cunoate o larg utilizare frna disc nglobat n construcia motorului electric destinat pentru acionarea vinciurilor sau cabestanelor. n figura nr. 1.5. se prezint elementele componente ale frnei disc.

Fig. nr.1.5. Schema general a frnei disc.Prin buca (1) se fixeaz pe axul motorului electric (2) discul (3) care se rotete mpreun cu acesta. Sistemul de prindere al discului (3) i permite s se deplaseze axial.Pe ambele fee ale discului este fixat cu nituri materialul de friciune (4). Discul este nchis ntr-o carcas turnat (5) fixat pe scutul motorului electric i care face corp comun cu partea fix a electromagnetului. Electromagnetul este format din corpul turnat (6), bobina (7) i armtura mobil cu disc (8). n situaia n care bobina frnei nu este alimentat, armtura mobil (8) sub aciunea resortului (9) preseaz discul mobil (4) ntre carcasa (5) i discul (8), realiznd frnarea mecanic a axului motorului electric . La alimentarea motorului electric se alimenteaz concomitent i bobina frnei electromagnetice. Armtura mobil (8) este atras nvingnd aciunea resortului (9) i prin aceasta axul motorului electric este eliberat de aciunea frnei mecanice.

1.2. Prevederile societilor de clasificare

1.2.1. Instalaia de ancorare

Orice nav trebuie s aib un echipament de ancorare. Pentru navele cu propulsie, cu excepia navelor de pescuit, echipamentul de ancorare se alege din tabelul nr. 1.1. (anexa nr.1.1), iar pentru navele de pescuit propulsate din tabelul nr. 1.2. (anexa nr.1.2), n funcie de caracteristica de dotare a navei.Caracteristica de dotare, , pentru nave, se calculeaz n modul urmtor: (1.1.) [m2]n care: - deplasamentul volumetric la pescajul corespunztor liniei de ncrcare de var [m3]: unde : - [tone] sau[kg]- deplasamentul maxim; - [tone/m3]sau[kg/m3]- densitatea apei de mare;B - limea navei [m];h - nlimea de la linia de ncrcare de var pn la faa superioar a nveliului punii celui mai nalt ruf, care se calculeaz n modul urmtor:(1.2.)

n care (vezi figura nr.1.5):

Fig. nr.1.5. Suprafaa velic.

a - distana msurat pe vertical, la seciunea maestr, de la linia de ncrcare pn la faa superioar a nveliului punii superioare [m], unde: - nlimea navei; - pescajul mediu maxim;hi - nlimea n plan diametral, a fiecrui nivel al suprastructurii sau rufului cu o lime mai mare de 0,25B [m]. Dac la nav sunt dou sau mai multe suprastructuri, n calcul se va lua numai cea mai nalt.A - suprafaa velic n limitele lungimii navei considerat de la linia de ncrcare [m2]. La determinarea valorii A se va ine seama numai de suprafaa velic a corpului, suprastructurilor i rufurilor avnd limea mai mare de 0,25B.Alegerea echipamentului de ancorare conform tabelului nr. 1.1. (anexa nr.1), i tabelului nr. 1.2.(anexa nr.2),. corespunde pentru nave cu regiunea de navigaie 1.Pentru alte nave cu regiunea de navigaie 2 sau 3 la alegerea echipamentului de ancorare caracteristica de dotare se micoreaz cu:15% pentru nave cu regiunea de navigaie 2;25% pentru nave cu regiunea de navigaie 3.Regiunile de navigaie pentru care se construiesc navele, se clasific astfel:0 - nave destinate navigaiei maritime nelimitate;1 - nave destinate navigaiei n mri deschise, n larg, la distane fa de locurile de adpost sub 200 [Mm] sau pe parcursuri n care distanele dintre aceste locuri sunt sub 400 [Mm] ;2 - nave destinate navigaiei n mri deschise, n larg, la distane fa de locurile de adpost sub 50 [Mm] , sau pe parcursuri n care distanele dintre aceste locuri sunt sub 100 [Mm] ;3 - nave destinate navigaiei maritime costiere sau n golfuri.n funcie de caracteristicile mecanice ale oelurilor din care se execut lanurile de ancor acestea sunt de trei tipuri corespunztoare a trei categorii de oeluri:tip 1 - oel categorie 1 obinuit - [N/Mm] 2;tip 2 - oel categorie 2 cu rezistena mrit - [N/Mm] 2;tip 3 - oel categorie 3 cu rezistena special - [N/Mm] 2,unde: - 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 impar.Pentru fundarisirea i virarea ancorelor principale, avnd masa mai mare de 35 kg, precum i pentru asigurarea ancorajului se instaleaz pe puntea navei, la prova, mecanismul de ancorare. Puterea motorului de acionare a mecanismului de ancorare trebuie s asigure tragerea nentrerupt timp de 30 minute a unui lan de ancor mpreun cu ancora, cu o vitez de cel puin 9 m/min i cu o for de traciune la barbotin cel puin egal cu cea determinat cu formula:(1.3.) [N] unde:a = 3,75 pentru lanuri de categoria 1;a = 4,25 pentru lanuri de categoria 2;a = 4,75 pentru lanuri de categoria 3;d - diametrul (calibrul) lanului n [mm].Pentru navele de aprovizionare fora de traciune la barbotin nu trebuie s fie mai mic dect cea determinat cu formula:(1.4.) [N]n care: q - masa unui metru liniar de lan de ancor [kg/m];H - adncimea de ancorare [m], dar nu mai puin de:- 200 m pentru nave cu caracteristica de dotare pn la 720;- 250 m pentru nave cu caracteristica de dotare mai mare de 720;M - masa ancorei [kg]. n funcie de caracteristica de dotare , n tabele sunt prezentai urmtorii parametrii pentru instalaia de ancorare-acostare (I.A.A.) :I. Ancore principale Numrul de ancore (una de rezerv); Masa fiecrei ancore M [kg].

II. Lanuri pentru ancore principale Lungimea total a 2 lanuri 2L [m]; Calibrul lanului d [mm] corespunztor celor 3 categorii de oeluri.

III. Parme de legare Numrul de parme; Lungimea fiecrei parme [m]; Fora total de rupere Fr [kN].IV. Parme de remorcare- Lungimea - L [m];- Fora total de rupere Fr [kN].Viteza de virare a lanului de ancor se msoar pe lungimea a dou chei de lan ncepnd din momentul n care 3(trei) chei de lan sunt complet scufundate n ap.La apropierea ancorei de nav, viteza de virare a lanului trebuie s fie cel mult de 10 [m/min]. Se recomand ca viteza de intrare a ancorei n nav s fie 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 .Mecanismul de ancorare trebuie s aib un dispozitiv de frnare corespunztor unei fore n lan la barbotin de cel puin sau .Barbotinele trebuie s aib cel puin 5 locauri pentru zale. La barbotinele vinciurilor unghiul de nfurare a lanului trebuie s fie de cel puin 115, iar la barbotinele cabestanelor de cel puin 150.Dac sistemul de acionare poate dezvolta un cuplu ce creaz 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 cnd mecanismul este decuplat de barbotin, trebuie s se prevad un dispozitiv care s asigure frnarea automat a frnei 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.

1.2.2. Instalaia de legare

Fiecare nav trebuie s aib o instalaie de legare, care s asigure apropierea navei de instalaiile de legare de la uscat sau plutitoare i legarea sigur a acestora ntre ele.Numrul, lungimea i fora total de rupere a parmelor de legare, pentru toate navele cu excepia navelor de pescuit, se determin dup anexa nr.1.1, iar pentru navele de pescuit dup anexa nr.1.2, n funcie de caracteristica de dotare a navei. Parmele de legare pot fi din oel, vegetale sau din fibre sintetice. Parmele vegetale i din fibre sintetice nu trebuie s aib diametrul mai mic de 20 mm, indiferent de fora de rupere prevzut n anexele nr. 1.1. sau nr. 1.2.Numrul i amplasarea babalelor de legare, a urechilor de ghidaj i a altui echipament de legare se stabilete n funcie de specificul, de destinaia i de planul general al navei.Pentru virarea parmelor de legare pot fi utilizate att mecanismele de manevr special instalate n acest scop (cabestane de manevr, vinciuri de manevr) ct i alte mecanisme de punte (vinciul de ancor, vinciul de ncrcare) avnd tambur de manevr.Alegerea numrului i tipului mecanismelor de manevr se face la aprecierea armatorului i proiectantului. Pentru calculul cabestanului sau vinciului de manevr se va avea n vedere ca fora nominal de traciune a acestora s nu depeasc din fora total de rupere a parmelor de legare:(1.5.)

n care: - fora total de rupere dat n anexele nr.1.1. i nr. 1.2.Acionarea mecanismului de manevr trebuie s asigure virarea fr ntrerupere a parmei de manevr la efortul nominal de traciune, cu viteza nominal, timp de cel puin 30 minute.Viteza de virare a parmei de manevr, la primul strat de nfurare a parmei pe tambur, la efortul nominal de traciune trebuie s fie minimum: 0,25 m/s la o for de traciune mai mic de 80 [kN]; 0,20 m/s la o for de traciune de 81 160 [kN]; 0,16 m/s la o for de traciune de 161 250 [kN]; 0,13 m/s la o for de traciune mai mare de 250 [kN].Viteza de virare a parmei cu ajutorul tamburului de manevr, la efortul nominal de traciune, nu trebuie s fie mai mare de 0,3 m/s.Sistemul de acionare al mecanismului de manevr n regim nominal de funcionare trebuie s asigure timp de 2 minute obinerea n cablu, n primul strat de nfurare pe tambur, a unei fore de traciune cel puin egal cu 1,5 ori fora nominal ().Dac cuplul maxim al sistemului de acionare poate solicita elementele dispozitivelor de manevr la fore mai mari dect cele admise, mecanismele de manevr trebuie s fie prevzute cu un sistem de protecie la suprasarcin.Mecanismele de manevr trebuie s aib o frn automat care s rein cablul de manevr solicitat la o for de traciune de cel puin 1,5 ori fora nominal de traciune, n cazul dispariiei energiei de acionare sau la defectarea sistemului de acionare.Vinciurile de manevr cu funcionare automat trebuie s aib o comand manual care s asigure posibilitatea de lucru i n regim neautomat.n cazul vinciurilor cu funcionare automat trebuie s se prevad: o semnalizare preventiv sonor, care s anune desfurarea lungimii maxime admisibile a cablului; un indicator al mrimii forei de traciune n cablu.

1.2.3. Instalaia de remorcare

Fiecare nav trebuie s aib o instalaie de remorcare. Lungimea i fora total de rupere a parmei de remorc se determin din anexa nr. 1.1., n funcie de caracteristica de dotare a navei.Navele n al cror simbol de clas se adaug meniunea remorcher sunt dotate cu instalaii speciale de remorcare din care fac parte vinciurile de remorc.Fora total de rupere a fiecrei parme de remorc trebuie s fie cel puin de 3 (trei) ori fora nominal de traciune (), iar lungimea de cel puin 150 m.Dotarea remorcherelor cu parme se face n funcie de traciunea nominal la crlig, determinat prin calcule. Dac aceste calcule nu se efectueaz, atunci traciunea nominal va fi cel puin de:(1.6.) [kN]n care:Pe - puterea total la conul elicei [kW];c = 1,25 pentru remorchere cu elice obinuit;c = 1,40 pentru remorchere cu propulsor Voith-Scheider;c = 1,60 pentru remorchere cu elice cu pas reglabil;c = 1,80 pentru remorchere cu elice obinuit i ajutaje;c = 2,10 pentru remorchere cu elice cu pas reglabil i ajutaje.Pentru vinciul de remorc trebuie s se asigure posibilitatea deservirii de la locul vinciului; se recomand s se prevad posibilitatea comenzii vinciului de remorc i din timonerie.Cnd se utilizeaz dispozitive automate pentru reglarea ntinderii cablului de remorc, trebuie s se asigure posibilitatea de control a mrimii efortului de traciune care acioneaz la un moment dat.Se va prevedea o semnalizare acustic preventiv, care s intre n funciune la atingerea lungimii maxime admisibile a cablului filat.Vinciul de remorc trebuie s aib un dispozitiv de frnare automat care s menin cablul supus unui efort de traciune de cel puin 1,25 sarcina nominal, n cazul dispariiei sau a decuplrii energiei de acionare a vinciului.

1.3. Tipuri i parametri de baz ale mecanismelor de ancorare i legare

Mecanismele de ancorare acostare pentru categoria de nave ntlnite cel mai frecvent n exploatare, se mpart n :-12 modele, funcie de calibrul lanului i fora de traciune n parmele de legare ;- 3 grupe corespunztor vitezei de ridicare a lanului sau tragerea parmelor de legare.Semnificaia grupelor este urmtoarea: grupa nti corespunde mecanismelor cu vitez normal (vinciuri, cabestane de ancor i legare, macarale pentru ancorare i legare); grupa a doua corespunde mecanismelor cu vitez mare (cabestane de ancor i legare); grupa a treia corespunde mecanismelor cu vitez redus (vinciuri, cabestane de ancor i legare, macarale pentru ancor i legare).n anexa nr.1.3. se prezint parametrii de baz pentru mecanismele de ancorare-legare destinate navelor de suprafa i care pot avea comand local, de la distan sau automat, iar n anexa nr.1.4. se prezint parametrii de baz pentru cabestanele de manevr destinate pentru lucru n regim de traciune cu tensiune constant n parm.Clasificarea mecanismelor de ancorare i de manevr prezentat n anexa nr.1.3. i anexa nr.1.4. corespunde standar-delor ruseti (GOST 5875-77 i GOST 9891-76) i poate fi util pentru alegerea vitezelor de virare a lanului de ancor precum i de strngere a parmelor de legare.Pentru cabestanele i vinciurile de ancorare-legare fora de traciune specific (presiunea) la barbotin are valorile prezentate n anexa nr.1.5.

2

1.4. Acionarea electric a mecanismelor de ancorare - acostare

Din analiza regimurilor de lucru i a diagramelor de sarcin (figura nr. 1.11.) rezult urmtoarele cerine pentru acionarea electric a mecanismelor de ancorare: funcionare pe punte n orice condiii de anotimp sau stare a mrii; funcionare sigur la oscilaii ale tensiunii reelei de alimentare n limitele admise de norme; posibilitatea pornirii n sarcin nominal; meninerea forei necesare de traciune la viteze mici de ridicare a lanului aezat liber pe fund sau la tragerea parmelor de legare i posibilitatea staionrii sub curent o anumit durat; fora maxim de traciune dezvoltat de motorul electric de execuie s fie mai mic, n limitele prescrise, n raport cu rezistena la rupere a lanului de ancor sau a parmei de manevr; s permit obinerea vitezei nominale de ridicare a ancorei dup smulgerea de pe fund i vitez redus la tragerea ancorei n nar; s aib posibilitatea meninerii greutii ancorei i a lanului n cazul ntreruperii tensiunii de alimentare a motorului electric; s asigure fundarisirea ancorei la adncimea dat, fr pericol; masa, gabaritele i preul de cost s fie minime; simplitate n deservire i siguran n exploatare.Acionrile electrice ale mecanismelor de ancorare i de manevr, atunci cnd se utilizeaz motoare asincrone cu rotorul n scurtcircuit, dup o funcionare de 30 minute la sarcina nominal, trebuie s asigure posibilitatea de funcionare cu rotorul calat al motorului electric la tensiunea nominal timp de cel puin 30 secunde pentru mecanismele de ancorare i 15 secunde pentru mecanismele de manevr.Pentru motoarele electrice cu numr comutabil de poli aceast cerin este valabil pentru funcionarea motoarelor electrice cu nfurarea care d cel mai mare cuplu de pornire.Dup regimul de staionare sub curent creterea temperaturii nu trebuie s fie mai mare de 130% fa de cea admisibil pentru izolaia folosit. La vinciurile i cabestanele de ancor, de manevr i acostare, pe treptele destinate pentru manevr, trebuie s se prevad o protecie corespunztoare la suprasarcin a motoarelor electrice.Vinciul sau cabestanul de ancor intr n categoria instalaiilor eseniale de la bordul navei i ca urmare se alimenteaz direct de la tabloul principal de distribuie prin circuit separat.Acestor cerine le corespund motoarele electrice cu caracteristica mecanic de tip moale avnd cuplul electromagnetic M, variabil n limite mari cu turaia, n i care asigur pentru diferite regimuri de lucru meninerea, aproximativ, constant a puterii. Acest aspect este foarte important avnd n vedere c acionarea electric a mecanismului de ancorare necesit o putere mare i centrala electric de bord are o putere limitat.Motoarele electrice folosite pentru acionarea electric a mecanismelor de ancorare, legare i remorcare sunt construite special n acest scop, avnd n vedere condiiile deosebite n care lucreaz.Din punct de vedere al caracteristicilor mecanice, , cel mai bine corespunde motorul electric de curent continuu cu excitaie serie sau mixt. Datorit calitilor sale deosebite n ceea ce privesc caracteristicile mecanice, motorul de curent continuu se folosete pe nave moderne electrificate n curent alternativ n situaia cnd instalaia de ancorare are putere foarte mare. n astfel de cazuri motorul de curent continuu este alimentat de la surse separate, cum ar fi: grupul generator-motor sau redresoare comandate cu tiristoare.Datorit faptului c motoarele asincrone cu rotor n scurtcircuit sunt cele mai simple, sigure i robuste, navele actuale (electrificate n curent alternativ), le folosesc aproape n exclusivitate pentru mecanismele de ancorare - acostare.Aceste motoare sunt prevzute n stator cu dou nfurri distincte, prima de tip Dahlander cu ajutorul creia prin trecerea de la conexiunea triunghi la dubl stea se obin primele dou trepte de vitez i cea de-a doua separat n conexiune stea cu ajutorul creia se obine treapta a treia de vitez utilizat pentru recuperarea parmelor libere. Virarea ancorei se face pe treapta a doua de vitez, de baz (dubl stea) pe care puterea i cuplul motorului sunt maxime.Astfel de motoare se folosesc n prezent pentru puteri de pn la 85 kW i au de regul trei viteze corespunztor numrului de poli. Viteza medie,, 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 ([rot/min.]). Viteza mic, , este utilizat, de regul, pentru tragerea ancorei n nar ( [rot/min.]).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 2 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.n anexele nr. 1.6 sunt date caracteristicile tehnice ale motoarelor asincrone trifazate cu rotorul n scurtcircuit cu dubl sau tripl comutaie de poli, cu frn electromagnetic, destinate acionrii instalaiilor navale de ancorare i legare din seria ASFN realizat n economia naional , seria MA i ABB. Cerinele regimurilor de funcionare i diagramei de sarcin pentru instalaiile de ancorare i legare sunt ndeplinite n cea mai mare msur de sistemul de acionare cu grup generator-motor.Sistemul generator-motor este simplu, sigur n exploatare i necesit o cantitate minim de aparataj electric. Dezavantajul lui const n faptul c se mrete mult puterea instalat, fiind necesare trei maini electrice pentru acionarea mecanismului.Utilizarea lui se justific pentru puteri mari, peste 70 kW, cnd n schemele de comand cu contactoare i relee crete mult cantitatea de aparataj electric i ca urmare cresc preul de cost i nesigurana n funcionare.n sistemul generator-motor, generatorul de curent continuu este cu excitaia anticompound iar motorul de execuie, motor de curent continuu cu excitaie independent.

1.5. Alegerea i verificarea motorului electric de acionare a mecanismelor de ancorare - acostare. Exemplu de calcul.

1.5.1. Forele care acioneaz n lanul de ancor pe timpul staionrii navei la ancor

n 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.Lanul de ancor fiind suficient de flexibil ia forma lniorului, figura nr. 1.6., fixat n dou puncte, i .

Fig. nr.1.6. Forele de traciune n lanul de ancorl - lungimea liber suspendat; H - adncimea; b - nlimea narei deasupra apei.

Greutatea lanului liber suspendat, , se descompune n dou fore de traciune i aplicate n punctele i . Echilibrul forelor este prezentat de triunghiul forelor construit n punctul . Forele de traciune la capetele lanului, i sunt orientate dup tangentele la curba lniorului. n punctul rezultanta forelor i este egal cu fora greutii lanului, . Aciunea forelor i este echilibrat de forele de reaciune n lan, siegale i de sensuri contrare cu T1, respectiv T2.Atunci cnd curba lniorului se afl n echilibru, suma algebric a proieciilor acestor fore pe axa orizontal este nul, astfel: (1.7)

Relaia (5.7.) este valabil pentru oricare lungime aflat n echilibru i se poate scrie (1.8)

Adic, componenta orizontal a forei de traciune n lan este constant n orice punct al lanului.Pentru staionarea fr pericol a navei la ancor este necesar ca asupra inelului ancorei s nu acioneze nici un fel de for care s tind s o desprind de pe fund.Aceast cerin este ndeplinit dac i deci componenta vertical a forei este nul i se realizeaz n mod practic prin filarea unei lungimi suficiente de lan, astfel nct o parte din acesta s se afle pe sol.n figura nr. 1.7. sunt reprezentate forele care acioneaz n lan n situaia n care o parte din acesta, , se afl pe sol, deci: i ca urmare

Fig. nr. 1.7. - Forele n lanul de ancor cnd poriunea de lan st liber pe sol.

n acest caz fora de traciune n lan la inelul ancorei va fi:

(1.9), pentru i ca urmare:(1.10)

n acest fel, n orice punct al lanului de ancor componenta orizontal este egal cu fora de reinere a ancorei .Pentru calculul instalaiei de ancorare este necesar s se determine aciunea forelor exterioare care acioneaz asupra navei pe timpul staionrii la ancor: - fora vntului i - fora curentului, a cror rezultant este fora perturbatoare :(1.11)

Pentru staionarea sigur a navei la ancor aciunea forelor exterioare trebuie s fie echilibrat de fora de reinere a ancorei. (1.12)

1. Fora de rezisten a apei depinde n principal de fora curentului asupra prii imersate a navei (suprafaa udat) i poate fi determinat cu urmtoarea expresie: (1.13) [N]unde: [Ns2/m4] - densitatea apei de mare;- coeficient de frecare al apei; - coeficient de corecie pentru influena curburii corpului (cf. tabel nr. 1.6);- majorarea coeficientului de frecare datorit asperitilor corpului navei; valorile inferioare se adopt pentru bordaje sudate, iar valorile superioare pentru bordaje cu asperiti pronunate. n tabelul nr. 1.6. sunt date valorile coeficientului n funcie de raportul dintre lungimea i limea navei.Tabel nr. 1.6.6,08,01012

1,041,031,021,01

n care: [m/s] - viteza navei la tragerea lanului; [m/s] - viteza curentului apei (cf. tabel nr. 1.7).Viteza curentului apei este dependent de zona de navigaie aa cum rezult din tabelul nr. 1.7.Pentru determinarea suprafeei udate a navei se utilizeaz formula:(1.14)[m2]

Tabel nr. 1.7.Oceane, mri i strmtoriViteza curentului[Nd]

Oceanul Atlantic1,0

Marea Baltic4,0

Bosfor3,0

Oceanul Indian2,08

Marea Caspic0,78

Marea Roie1,7

Marea Nordului i strmtori7,0

Strmtoarea Gibraltar4,0

Oceanul Pacific1,0

Marea Neagr0,7

Marea Japoniei3,5

Not: 1Nd = 0,514 [m/s]

n care: - dimensiunile navei; - coeficient care ine seama de forma corpului navei.Pentru nava cu raion nelimitat de navigaie se ia n calcul valoarea maxim a curenilor. De regul, se alege pentru calcule viteza curentului pn la 5 Nd, avnd n vedere c n situaii mai grele, pentru ridicarea ancorei lucreaz i elicea navei.Fora de rezisten a vntului se determin cu formula: (1.15) [N]unde:- coeficient de presiune al vntului; - suprafaa velic; - viteza vntului.Viteza vntului pentru condiii normale de ridicare a ancorei se consider: (1.16)[m/s] sau 3-6 grade Beaufortn situaia n care ridicarea ancorei se face cnd fora vntului depete 12 [m/s] (gradul 6) este necesar s lucreze i elicea navei pentru a uura deplasarea ctre locul de fundarisire a ancorei.Valorile pentru fora i viteza vntului ntlnite pe mri i oceane sunt date n tabelul nr. 1.8.:

Tabel nr. 1.8.Grade BeaufortViteza vntului[m/s]Caracterul vntuluiGrade BeaufortVitezavntului[m/s]Caracterul vntului

00 - 0,2calm713,9 - 17,1puternic

10,3 - 1,5linitit817,2 - 20,7foarte puternic

21,6 - 3,3uor920,8 - 24,4furtun

33,4 - 5,4slab1024,5 - 28,4furtun intens

45,5 - 7,9moderat1128,5 - 32,6furtun violent

58,0 - 10,7adiere12peste 32,7uragan

610,8 - 13,8intens

n urma rezolvrii ecuaiei curbei lniorului (figura nr. 1.6.), se obin pentru valorile forelor i urmtoarele expresii: (1.17)

(1.18)

deoarece: i ,n care: - greutatea n aer a lanului de ancor pentru un metru liniar.Greutatea pe metru liniar pentru un lan de calibru d [mm] se poate calcula cu relaia: (1.19) [N/m],unde: [kg/m] - masa unui metru liniar de lan de ancora,atunci cnd nu se cunoate din datele tehnice ale lanului de ancor.De asemenea ntre greutatea ancorei i greutatea lanului pe metru liniar exist relaia de aproximare: (1.20)

Din expresia (1.17.) se observ c fora care echilibreaz forele exterioare i menine nava la ancor, este direct proporional cu greutatea lanului pe unitatea de lungime. Pentru lanurile de ancor aceast mas este de ori mai mare dect pentru cablurile de oel cu aceeai rezisten mecanic. De aceea pentru instalaiile de ancorare se ntrebuineaz exclusiv lanuri de ancor. A doua expresie (1.18.), exprim valoarea forei cu care trebuie s se acioneze n prima etap pentru ridicarea ancorei. Dup calcularea forei exterioare rezultante i din condiia de staionare sigur la ancor, , nlocuind cu n relaia (1.17.) se determin lungimea a lanului de ancor liber suspendat pentru adncimea de ancorare :(1.21)

La obinerea expresiei (1.21) s-a neglijat nlimea fa de ap a narei de ancor , care are valoare mic n comparaie cu adncimea de ancorare .Pentru adncimea de ancorare , practica maritim recomand urmtoarea relaie dintre lungimea total a lanului de ancor i adncimea de ancorare: (1.22)

Astfel, pentru lanuri cu lungimea n limitele [m] rezult c adncimea de ancorare de calcul este [m]. Calculele executate sunt acoperitoare ntruct n practic adncimea de ancorare nu depete 50 m i n situaiile cele mai frecvente este de 1530 m. Dac este lungimea total a lanului de ancor, rezult c partea care se aeaz liber pe fund este: (1.23)

1.5.2. Forele care acioneaz n lanul de ancor, la barbotin pe timpul ridicrii ancorei

Procesul virrii ancorei ncepe cu tragerea prin nar a lanului de ancor cu ajutorul vinciului.Deoarece n primul moment nava rmne nemicat datorit masei sale mari, lungimea liber a lanului care atrn n ap scade i ca urmare crete fora de apsare n nar . De asemenea crete i componenta orizontal a forei de ntindere i apare o for orizontal suplimentar sub influena creia nava ncepe s se deplaseze spre punctul de ancorare.Deplasarea navei produce micorarea lungimii poriunii libere de lan i prin urmare a forei de ntindere . Deoarece sistemul nav lan de ancor vinci de ancor are o legtur elastic sub forma unui lan greu, de regul, apare un proces oscilant.Pentru simplificarea analizei procesului de virare a ancorei se consider c nava se reduce la un punct material , cu coordonatele ce coincid cu cele ale navei, iar masa total a navei concentrat n acest punct. Prin urmare se poate scrie:(1.23)

n care: deplasamentul masic al navei; drumul parcurs de nava.Dac nava capat o vitez constant egal cu viteza de tragere a lanului , din relatia (1.23) se obine:,deoarece: .

Etapele procesului de virare a ancorei, prezentate n figura nr. 1.8, n care sunt prezentate poziiile succesive ale navei i lanului de ancor pe timpul ridicrii ancorei, sunt urmtoarele:

1. Tragerea navei pe lan cu for de traciune constant:Pe durata acestei operaiuni 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 a ancorei, iar forma lniorului rmne neschimbat. Fora de traciune n lan este dat de expresia (5.18). Neglijnd valoarea n comparaie cu i innd seama de frecrile n nar se obine expresia forei n lan la barbotin pentru prima etap:

Fig. nr. 1.8. - Poziiile succesive ale navei i lanului de ancorla ridicarea ancorei.

(1.24) n care: - randamentul narei de ancor.La sfritul operaiunii lanul ocup poziia (fig. nr. 1.8.). Lungimea lanului ridicat la bordul navei n aceast perioad este :.

2. Aducerea navei deasupra ancoreiNava 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 motorul electric este solicitat s dezvolte cupluri din ce n ce mai mari. La sfritul acestei etape lanul ocup poziia .Deoarece crete, la limit fora de apsare din nar . Practic creterea forei nu poate depi valoarea necesar smulgerii ancorei :

unde: n aceast etap fora de traciune crete liniar fa de fora constant din prima etap, ajungnd pn la valoarea de smulgere a ancorei. Lungimea lantului ridicat la bordul navei in aceasta perioada este: .

3. Smulgerea ancorei de pe fundFora necesar smulgerii ancorei de pe fund nu poate fi determinat teoretic, ntruct ea depinde de mai muli factori care nu pot fi introdui n calcule. Fora necesar smulgerii ancorei de pe fundul apei se calculeaz cu formula empiric: (1.25)

n care: - coeficientul forei de inere al ancorei; N/m - greutatea liniar a unui metru de lan n aer;m - adncimea n locul de staionare;N - greutatea ancorei n aer;La aceast alegere s-a avut n vedere faptul c n general desprinderea ancorei se face cu ajutorul ineriei navei sau n cazuri deosebite, operaiunea este ajutat de micarea elicei.Din cele prezentate rezult c fora total de traciune n lan la barbotin, n momentul desprinderii, pe care trebuie s o dezvolte motorul electric este:(1.26)

(1.27)n care: reprezint coeficientul de reducere a greutii n apa de mare. Lungimea lanului ridicat la bordul navei n aceast perioad este: .4. Ridicarea ancorei suspendat liberImediat dup smulgere, fora de traciune n lan la barbotin va fi: (1.28)

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:(1.29)

Lungimea lanului ridicat la bordul navei n aceasta perioad este: .

5. Tragerea ancorei la postPe msur ce ancora intr n nar fora de traciune crete ca urmare a mririi coeficientului de frecare, fiind ctre sfritul operaiunii egal cu .n figura nr.1.9. este reprezentat variaia forei de traciune n lan la barbotin n funcie de lungimea lanului n cazul ridicrii ancorei de la adncimea normal de ancorare.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 motorului electric n comparaie cu regimul normal.

Fig. nr. 1.9. Graficul n regim normal

Valoarea forei de traciune n lan la barbotin la nceputul regimului de avarie este: (1.30)

iar la sfritul regimului este: (1.31)

Graficul pentru regimul de avarie este prezentat n figura nr. 1.10.

Fig. nr. 1.10. Graficul n regim de avarie.

Motorului electric de acionare i se cere s fac fa ambelor regimuri posibile.Forele care acioneaz n mecanism la coborrea ancorei nu influeneaz alegerea motorului electric. Ancora se las de obicei sub aciunea propriei greuti i a lanului. Iniial motor electric poate fi pornit n sens de filare a lanului pentru a ajuta la eliberarea mecanismului, dup care se deconecteaz axul de conducere a vinciului i coborrea ancorei se execut cu frnare mecanic.

1.5.3. Alegerea motorului electric de acionare a mecanismului de ancorare- acostare.

Din datele tehnice ale navei pentru care se calculeaz instalaiile de ancorare, legare i remorcare se determin caracteristica de dotare a navei, , folosind relaia (1.1).Cunoscnd caracteristica de dotare, din anexele nr. 1.1. sau nr. 1.2. rezult: numrul ancorelor principale, masa fiecrei ancore, lungimea total a lanului de ancor, calibrul lanului, lungimea parmei de remorc i fora de rupere, numrul parmelor de legare i fora de rupere.n continuare se prezint etapele de calcul pentru mecanismele de ancorare acostare, dup cum urmeaz:

1. Se determin cuplul nominal de calcul:(1.32) Nmn care:- coeficientul de suprasarcin estimat dup catalogul de motoare destinate serviciului S2;- cuplul de sarcin maxim. Solicitarea maxim a motorului poate s apar n urmtoarele situaii:

a) la smulgerea ancorei de pe fundul apei n care caz , cuplul necesar smulgerii ancorei de pe fundul apei calculndu-se cu relaia:(1.33) n care: m - raza barbotinei; - randamentul transmisiei mecanice; valorile inferioare corespund mecanismelor cu melc - roat melcat cu autofrnare, iar cele superioare pentru transmisii cu roi dinate cilindrice, fr autofrnare; - randamentul narei de ancor; - raportul de transmisie al vinciului de ancor;valoarea se alege din considerente de alegere optim a turaiei motorului electric;- fora necesar smulgerii ancorei de pe fundul apei, care se calculeaz cu formula empiric (1.25); [34].Barbotinele au de regul pe circumferin cinci locauri pentru lan, iar pasul lanului sau lungimea unei verigi este de . De aici rezult c diametrul barbotinei este:(1.34) [m]n care: m - calibrul lanului.

b) la virarea (ridicarea) ancorei de la o adncime egal cu lungimea total a lanului, n care caz:(1.35)[Nm]unde: m - lungimea total a lanului de ancor;

c) la ridicarea simultan a dou ancore suspendate liber, de la adncimea de calcul , n care caz: (1.36)[Nm].

2. Se determin turaia nominal de calcul:

(1.37)

(1.38)n care:; m/min- vitez medie impus de virare a ancorei;sau ,dacm/s].Viteza de ridicare a lanului de ancor se alege avnd n vedere cerinele societilor de clasificare i parametrii mecanismelor de ancorare - acostare prezentai n anexa nr.1.4. n relaia (1.37.): (1.39)

unde: - valoarea estimat a alunecrii nominale dup catalogul din care se alege motorul electric.

3.Se determin puterea nominal de calcul:

(1.40)

4.Se alege din catalogul de motoare destinate funcionrii n serviciu de scurt durat S2: pentru durata de funcionare min., un motor asincron cu rotorul n scurtcircuit cu 3 sau 2 trepte de vitez, ai crui parametri nominali pe treapta de turaie de baz (a-II-a/ YY) satisfac relaiile: (1.41).Motorului ales i se calculeaz i traseaz la scar caracteristicile mecanice corespunztoare celor 3 trepte de vitez conform figura nr.1.14..Rolul celor 3 trepte de vitez este urmtorul: Treapta a-I-a conexiunea - aezarea ancorei n nav (tragerea ancorei la post); Treapta a-II-a conexiunea YY smulgerea ancorei de pe fund; Treapta a-III-a conexiunea Y ridicarea ancorei dup smulgere i recuperarea parmelor libere.

5.Se verific dac cuplul maxim al motorului ales, la turaia mic(treapta a-I-a conexiunea ) n cazul motorului cu trei trepte de vitez, este mai mic dect 1/3 din valoarea la care lanul de ancor se poate rupe:(1.42),unde: N este fora de rupere a lanului de ancor care se poate calcula cu relaiile, respectivObs. fora de rupere a lanului de ancor se ia din tabelul nr.1.3(anexa nr.1.3.).;

(1.43)6.Se verific posibilitatea pornirii motorului la turaia medie(treapta a-II-a conexiunea YY), cnd ancora este suspendat la o adncime egal cu lungimea total a lanului:

n care [Nm], coeficientul 1,5 innd seama de posibilitatea micorrii tensiunii de alimentare i creterea frecrilor n acest caz;

7. Calculul forei la barbotin pentru ridicarea lanului de ancor cu vitez mic(treapta a-I-a conexiunea - Tragerea ancorei la post):

(1.44) ,n care: parametrii i se iau din tabelul nr. 1.5.

8 10. Se determin cuplul Mmin calc, turaia nmin neces i puterea Pmin neces ,cu relaiile:

Se verific treapta a-I-a conexiunea :

11. Calculul cuplului la axul motorului electric n perioada de tragere a parmei de acostare cu fora de tragere(traciune) nominal:- pentru parme din oel: (1.45)

n care: [N]- fora nominal de traciune determinat conform relaiei :, n funcie de -fora de rupere a parmei (anexa nr. 5.1.); [m] - diametrul cabestanului; , -raportul i randamentul transmisiei;- pentru parme vegetale i sintetice se determini .

12. Calculul forei de frnare la barbotin pentru blocarea axului motorului electric n cazul dispariiei tensiunii de alimentare:

(1.46),n care: - fora de traciune n lan la barbotin; coeficient funcie de viteza lanului - pentru mecanisme cu vitez normal a lanului , - pentru mecanisme cu vitez mare a lanului, - pentru mecanisme cu vitez redus a lanului, sau se poate alege din tabelul nr.1.8.

13. Cuplul necesar al frnei electromagnetice la axul motorului electric: (1.47)[Nm].

1.5.4. Calculul diagramelor de sarcin i verificarea motorului electric ales

Dup alegerea motorului electric de acionare se determin valorile cuplului de sarcin n fiecare din cele patru etape de virare a ancorei i duratele respective iar pe baza lor se construiete diagrama de sarcin . Diagramele reprezentate n figurile nr. 1.9. i 1.10. reprezint variaia forei de traciune n lan la barbotin pentru regimurile normal i de avarie, la ridicarea ancorei.

14. Se calculeaz valorile cuplului de sarcin la barbotin, respectiv la arborele motorului electric, pe etapele de virare a ancorei, cu relaiile:(1.48)

n care: .

15. Se calculeaz cuplurile la arborele (axul) motorului electric pentru regimul de avarie , care se determin cu relaiile:(1.49)

16. Se determine duratele de funcionare ale motorului electric pe etapele de virare a ancorei n regim normal, respectiv n regim de avarie Deoarece motorul electric funcioneaz pe ramura stabil (liniar) a caracteristicii mecanice naturale corepunztoare conexiunii YY, se poate scrie:,n care: ireprezint lungimea de lan ridicat la bord, respective viteza de tragere a lanului. innd cont de faptul c viteza unghiular a arborelui motorului electric,fiind raportul de transmisie al reductorului, respectiv, astfel viteza de tragere a lanului devine: ,obinndu-se: (1.50),n care reprezint valoarea medie a vitezei de rotaie a motorului n etapa respectiv.Conform relaiei (1.50) se vor obine:(1.51)-,citindu-se n dreptul cuplului, pe caracteristica mecanic de baz (treapta a-II-a - YY);(1.52)-,corespunznd cuplurilor;(1.53)-;(1.54)-,turaiile corepunznd cuplurilor;(1.55),turaiile corepunznd cuplurilor.

17. Se traseaz diagramele de sarcin corespunztoare regimului normal i a celui de avarie , prezentate n figurile nr. 1.11 a) i b).

Fig. nr. 1.11.- Diagramele de sarcin a acionrii electrice pentru mecanismele de ancorare:a) - regim normal; b) - regim de avarie.

Obs.Trebuie verificat condiia de virare a ancorei pe treapta de vitez de baz a motorului (conexiunea YY): (1.56)

i reprezint durata unui ciclu.Pentru calculul timpilor, turaiile se determin din caracteristica mecanic natural a motorului electric i acestea corespund valorilor cuplurilor la axul motorului electric pentru etapele corespunztoare.n figura nr. 1.11. este reprezentat diagramele de sarcin a acionrii electrice pentru mecanismele de ancorare.Mecanismele de ancorare-legare, pentru categoria de nave ntlnite cel mai frecvent n exploatare, se mpart n 12 modele, funcie de calibrul lanului i fora de traciune n parmele de legare i n 3 grupe corespunztor vitezei de ridicare a lanului sau tragere a parmelor de legare. Semnificaia grupelor este urmtoarea:A.Verificarea la nclzire a motorului ales 18. Se face verificarea la nclzire a motorului ales utilizndu-se metoda cuplului echivalent. n acest scop, se mparte diagrama de sarcin din figura nr.1.11 a) ntr-o serie de poriuni elementare i n baza celor artate n paragraful 2.3.2.2., utiliznd relaia (2.46.)[1] se poate scrie:(1.57),

unde: este un coeficient care ine seama de nrutirea condiiilor de ventilaie n etapa a-III-a de virare a ancorei, cnd pentru o perioad scurt de timp, rotorul motorului poate fi chiar calatCuplul echivalent calculat cu relaia (1.57) trebuie s satisfac condiia:(1.58)

caz n care motorul ales corespunde i din punctul de vedere al nclzirii maxim admise.Dac una din condiiile de verificare nu este ndeplinit, se alege un alt motor de putere nominal imediat superioar i se reface calculul descris.

B. Verificarea motorului ales pentru regimul de avarie

19. Se determin lungimea de lan scufundat liber care poate fi ridicat de motor electric n regimul de avarie:

(1.59), (1.60)n care: - cuplul de pornire al motorului ales pe treapta a II-a (YY).

20. Se determin raportul . Motorul electric ales satisface regimul de avarie dac (valoare minim admis).

C. Verificarea motorului ales n vederea asigurrii vitezelor necesare pentru tragerea parmelor de acostare

21. Se determin cuplul la axul motorului necesar tragerii parmelor de acostare cu vitez mic:- pentru parma din oel:,;- pentru parme vegetale:;- pentru parme sintetice:;

22. Se determin cuplul la axul motorului necesar tragerii parmelor de acostare cu vitez mare: (parm fr ncrcare de sarcin):- pentru parma din oel:,i n mod analog se determin pentru parme vegetale i sintetice;23. Se determin turaiile la arborele motorului ales , , , pentru valorile cuplurilor , , .din caracteristica mecanic corespunztoare treptei a-II-a de vitez (de baz);

24. Se calculeaz vitezele: nominal(), minim() i maxim() de tragere a parmelor din oel, vegetale, respectiv sintetice. Pentru parmele din oel viteza nominal este: (1.61)

Analog se determin vitezele pentru vitez mic i pentru vitez mare .

D. Verificarea motorului ales la efortul maxim aplicat n lanul de ancor

25. Se calculeaz fora maxim n lanul de ancor la pornirea motorului pe treapta a-II-a de vitez: (1.62),n care este cuplul de pornire corespunztor conexiunii dubl stea;

25. Fora maxim n lanul de ancor calculat cu relaia (1.62) trebuie s satisfac relaia : (1.63),n care sarcina de prob se prezint n anexa nr.5.1, n funcie de calibrul i categoria lanului de ancor.Dac depete aceast valoare atunci pe axul motorului electric se instaleaz o muf de limitare a cuplului transmis n scopul satisfacerii relaiei (1.63).

EXEMPLU DE CALCUL

Datele iniiale sunt : greutatea ancorei n aer , masa navei ; calibrul lanului de ancor ; lungimea lanului de ancor ; adncimea n locul de staionare; greutatea unui metru liniar de lan n aer;raza barbotinei;suprafaa velic a navei;suprafaa operei vii a navei; nlimea puului de lan ;viteza vntului; viteza curenilor ; raportul de transmisie ; viteza medie de virare a ancorei ; randamentul prii mecanice; randamentul narei de ancor ; randamentul narei de punte ;coeficientul de reducere a greutii n ap ; coeficient ce ine seama de frecarea dintre nav i ap; ;fora de rupere a lanului; viteza de nfurare a parmei de manevr la o for de traciune la tambur ;raza tamburului de manevr; randamentul tamburului de manevr; fora de rupere a parmei .

Alegerea puterii motorului electric

1. Calculul cuplului nominal al motoruluiPentru determinarea cuplului nominal al motorului este necesar ca la nceput s se determine cuplul maxim. Plecnd de la condiia smulgerii ancorei de pe fundul apei se obine:.Din condiia virrii ancorei de la o adncime egal cu lungimea total a lanului ,rezult:.Din condiia virrii a dou ancore de la o adncime H=110 m:.n acest fel ,cuplul de sarcin maxim la axul motorului va fi cel care apare la virarea ancorei de la o adncime egal cu lungimea total a lanului.Considernd coeficienul de suprasarcin al motorului obinem valoarea de calcul a cuplului nominal:

Deoarece viteza medie de virare a ancorei este dat , turaia nominal de calcul a motorului este.n cazul unui motor asincron cu rotor in scurtcircuit se va considera i, deci:;.

2. Alegerea motorului

Puterea de calcul a motorului necesar pentru alegerea din catalog este.Se alege , astfel din anexa nr. 1.6. , motorul cu rotorul n scurtcircuit ,cu trei trepte de turaie tip MA 622-4/8/16 cu urmtoarele date:La treapta de turaie mare : ;;;;;;; La treapta de turaie medie: ;;;; ;;; La treapta de turaie mic : ; ; ;; ;;. Caracteristicile motorului sunt prezentate n figura nr.1.12 . Mai nti se verific motorul ales n ceea ce privete concordana dintre cuplul i turaia sa cu datele de calcul: , 405 Nm; ,apoi n ceea ce privete concordana cu cuplul de sarcin care apare la smulgerea ancorei de pe fundul apei: . Fora care corespunde cuplului maxim dezvoltat de motor la turaia mic este mai mic dect din fora de rupere a lanului:

Fig. nr. 1.12.- Caracteristicile motorului MA 622-4/8/16.. Se verific posibilitatea pornirii motorului la turaia medie ,cnd ancora este suspendat la o adncime egal cu lungimea total a lanului : .n acest fel necesitaea asigurrii pornirii motorului, n cazul n care ancora este suspendat la o adncime egal cu lungimea total a lanului, a determinat alegerea motorului.n continuare se verific motorul ales la regim de nfurare a parmei de manevr cu o for de traciune la tambur .Cuplul de rotaie la tambur:; . Turaia motorului corespunztoare acestei fore este:,unde: .Viteza de nfurare a parmei este , iar viteza de nfurare dat este de 12 m/min. Se verific de asemenea dac motorul satisface i condiia de evitare a ruperii parmei la funcionarea motorului cu turaia mare . Ca atare, motorul satisface i aceast condiie.Se calculeaz diagrama de sarcin i se verific motorul ales la ncalzire prin metoda cuplului echivalent.

1.6. Calculul puterii motorului pentru acionarea cabestanului de manevr (legare)

1.6.1. Alegerea preliminar a puterii motorului electric

1. Calculul cuplului pentru tragerea parmei de legare cu fora de traciune nominal (pentru parme din oel, vegetale i sintetice): (1.63)

Pentru parmele de legare fora nominal de traciune se stabilete conform relaiei (1.5).

2. Viteza motorului electric n [rot/min]: (1.64)

n care: vc [m/min] se alege pe baza recomandrilor din paragraful 1.2.2.

3. Corespunztor valorilor obinute la punctul 1 i 2, puterea necesar motorului electric este: (1.65)

(1.66)4. Cuplul de pornire necesar motorului electric de curent alternativ pe caracteristica turaiei de baz, respectiv de curent continuu pe caracteristica destinat pornirii, este:

5. Cuplul necesar frnei electromagnetice care acioneaz pe axul motorului electric: (1.67)

6. Se alege motorul electric din catalogul de motoare destinate serviciului S2 avnd n vedere urmtoarele cerine:a. Cuplul nominal pentru serviciul de scurt durat, 30 minute, pe caracteristica turaiei de baz s fie: (1.68)

b. Cuplul de frnare al frnei electromagnetice trebuie s asigure meninerea unei fore de traciune egal cu 150% din fora de traciune nominal a cabestanului: (1.69).

1.6.2. Verificarea motorului electric din punct de vedere al asigurrii vitezelor date pentru tragerea parmelor

7. Calculul cuplului la axul motorului electric pentru tragerea parmelor cu vitez mic: (1.70)

Calculul se efectueaz pentru cele trei tipuri de parme: din oel, vegetale i sintetice.

8. Calculul cuplului la axul motorului electric pentru tragerea parmelor cu vitez mare (parme libere, fr ncrcare): (1.71)

Calculul se efectueaz pentru trei tipuri de parme.9. Corespunztor cuplurilor , i din caracteristica mecanic a motorului electric se determin turaiile , i pentru cele trei tipuri de parme.

10. Viteza nominal de virare a parmelor n [m/min] este: (1.72)

Cu relaia (1.72) se determin i vitezele minim i maxim introducnd n expresie turaiile corespunztoare i .

1.6.3. Verificarea motorului electric pentru fora maxim dezvoltat la cabestan

11. Calculul forei tangeniale maxime la tamburul cabestanului cnd motorul de curent alternativ dezvolt cuplul maxim sau cuplul maxim dezvoltat de motorul de curent continuu permis de protecia acestuia: (1.73)

12. Fora admis la tamburul cabestanului din condiii de siguran a parmelor: (1.74)

n care: F [N] - fora nominal de traciune a parmelor determinat din condiia (1.5). Fora maxim dezvoltat de motor trebuie s fie mai mic dect fora admisibil: (1.75)

Pe baza rezultatelor obinute se concluzioneaz cu privire la alegerea corect a motorului electric pentru cabestanul dat.

1.7. Scheme de comand pentru acionarea electric a mecanismelor de ancorare - acostare

1.7.1. Clasificare. Tipuri de protecie electric

Schemele electrice de comand a acionrii mecanismelor de ancorare, legare i remorcare se clasific astfel: scheme de comand cu controler; scheme de comand cu relee i contactoare; scheme de comand pentru sistemul generator-motor; scheme de comand cu tiristoare.n cele ce urmeaz se va face o analiz succint a acestor scheme.

1.7.1.1. Scheme de comand cu controlerSe utilizeaz, de regul, pentru puteri mici, pn la 20 kW i prezint avantajul c sunt simple, precise, au gabarite i greuti reduse. Se folosesc n situaiile n care frecvena pornirii instalaiilor este mic, ceea ce este caracteristic pentru funcionarea instalaiei de ancorare. Pornirea i reglarea vitezei necesit atenie i pregtire corespunztoare din partea operatorului.Aceste scheme nu pot asigura regimul de limitare automat a cuplului pe timpul creterii sarcinii n perioada de smulgere a ancorei, pentru aceast limitare se cere intervenia operatorului.Controlerul de comand se dispune n apropierea motorului electric i mecanismului acionat. Conectarea tensiunii de alimentare se face printr-un contactor de linie a crui bobin este alimentat atunci cnd controlerul se afl pe poziia zero. Acest contactor are rolul de releu de tensiune minim i n acelai timp tot prin ntreruperea alimentrii bobinei contactorului acioneaz i protecia la suprasarcin.

1.7.1.2. Scheme de comand cu relee i contactoareAceste scheme sunt cele mai rspndite pe navele aflate n exploatare.Schemele de comand cu relee i contactoare asigur automat procesul de pornire, reglarea turaiei i protecia electric necesar motoarelor electrice.Pentru comand se folosesc contactoare i relee dispuse ntr-un dulap numit staie magnetic.Cel mai frecvent se folosete pornirea automat a motoarelor n funcie de timp. Pornirea motoarelor n funcie de curent sau n funcie de vitez este mai dificil de aplicat din mai multe motive, dintre care enumerm: temperatura variabil a mediului, fluctuaia sarcinii, fluctuaia cderilor de tensiune ale reelei.Comanda acionrii electrice se realizeaz cu controler de comand, de dimensiuni reduse avnd n vedere c n circuitele de for comutrile necesare sunt realizate prin contactele contactoarelor, rolul controlerului fiind de a comanda nchiderea sau deschiderea circuitelor de alimentare a bobinelor contactoarelor. Regula este ca rotirea manetei controlerului n sensul acelor de ceasornic (micarea spre dreapta) s corespund ridicrii ancorei sau strngerii parmei i n sens invers coborrii ancorei sau filrii parmei.

1.7.1.3. Scheme de comand pentru sistemul generator-motorSe folosesc pentru puteri mari ale instalaiilor de ancorare, corespunztoare unor calibre ale lanuluide ancor care depesc 49 mm.Acest sistem asigur cele mai bune caracteristici mecanice: reglarea vitezei n limite largi, siguran deplin n funcionare, motiv pentru care sunt preferate pentru utilizri pe nave de pasageri.Pentru reducerea neajunsului privind mrirea puterii instalate s-a ajuns la soluia realizrii unui singur convertizor motor-generator care poate fi cuplat pe rnd cu mai multe agregate cu funcionri asemntoare i care nu lucreaz simultan.

1.7.1.4. Scheme de comand cu tiristoareComanda cu tiristoare a motorului electric de curent continuu reprezint una din direciile moderne de dezvoltare a acionrilor electrice navale. Acest sistem concureaz sistemul generator-motor din punct de vedere al realizrii caracteristicilor mecanice.Problema care trebuie rezolvat const n ridicarea fiabilitii acestui sistem pentru condiiile de exploatare de la bordul navelor.Sistemul permite utilizarea motorului de curent continuu pe nave electrificate n curent alternativ, cu toate avantajele sale privind caracteristicile mecanice.n ceea ce privete protecia motoarelor electrice de acionare a mecanismelor de ancorare, legare i remorcare, conform regulilor de clasificare i construcie a navelor maritime aceasta trebuie s asigure: protecia maximal de curent; protecia termic de suprasarcin; protecie pentru limitarea sarcinii; protecie minimal de tensiune.n continuare se prezint rolul i modul n care se realizeaz aceste protecii n schemele electrice.

1.7.1.5. Protecia maximal de curentProtecia maximal de curent acioneaz la curenii de scurtcircuit. Valorile acestor cureni depesc de la cteva ori pn la zeci de ori valoarea nominal a curentului.Pentru a nu pune n pericol motorul electric, protecia n acest caz trebuie s acioneze instantaneu i s deconecteze alimentarea motorului electric.Protecia maximal de curent se realizeaz cu relee electromagnetice al cror timp de acionare este foarte mic, 0,05 0,08 secunde. Reglarea curentului de anclanare se face n limitele unde: - valoarea nominal a curentului.Pentru motoare asincrone cu rotorul n scurtcircuit releele electromagnetice pentru protecia maximal de curent nu pot fi ntrebuinate ntruct ar putea aciona la curenii de pornire care depesc de 4 8 ori valoarea curentului nominal. n cazul motoarelor asincrone cu rotor bobinat se pot utiliza relee maximale de curent montate pe fazele rotorului.

1.7.1.6. Protecia termic la suprasarcinAceast protecie acioneaz la suprasarcin, adic la depiri mici ale sarcinii nominale, n limitele . ntruct suprasarcina poate fi suportat de motorul electric un anumit timp fr pericol, protecia trebuie s acioneze temporizat astfel nct suprasarcinile de scurt durat, accidentale sau normale, cum ar fi perioada de pornire, s nu conduc la acionarea proteciei.Protecia la suprasarcin se realizeaz cu relee termice sau n ultimul timp se folosesc termoelemente sau termorezistene montate pe nfurrile motorului electric, n interiorul acestuia.Dac suprasarcina este de durat i deci pune n pericol integritatea motorului electric, n aceast situaie releele termice acioneaz i deconecteaz motorul electric de la reea.Schemele de comand prevd posibilitatea ca n situaii deosebite, de avarii, prin apsarea pe un buton s se anuleze aciunea releelor termice i deci motorul electric s-i continue funcionarea n suprasarcin pentru a face fa situaiei.

1.7.1.7. Protecia pentru limitarea sarciniiSe realizeaz cu relee electromagnetice de curent reglate pentru a aciona n limitele . n acest caz la apariia unei suprasarcini pe treptele de vitez superioar, prin aciunea acestui releu se comut automat funcionarea motorului electric pe alt caracteristic mecanic corespunztoare unei viteze mai mici. Acest lucru la motoarele asincrone n scurtcircuit se obine prin comutarea nfurrii statorice pentru un numr de poli mai mare iar la motoarele de curent continuu i motoarele asincrone cu rotor bobinat prin introducerea unor trepte de rezisten n circuitul rotorului.Prin acest procedeu se face fa suprasarcinii fr a deconecta motorul electric de la reea.Pentru ca releele electromagnetice de sarcin s nu acioneze la curenii de pornire, acestea se construiesc cu temporizare la acionare.

1.7.1.8. Protecia la tensiune minimProtecia la tensiune minim acioneaz la scderea tensiunii sub sau la dispariia tensiunii de alimentare i se realizeaz cu relee electromagnetice. Prin aciunea acestor relee se scoate din funciune instalaia. La revenirea tensiunii de alimentare instalaia nu funcioneaz. Este necesar intervenia operatorului care readuce manual controlerul de comand pe poziia zero i astfel schema este pregtit pentru o nou funcionare.

1.7.2. Scheme electrice de comand cu controler a acionrii cabestanelor (vinciurilor) de ancor

n figura nr. 1.13. este reprezentat schema electric de comand prin controler a acionrii cabestanului de ancor cu motor asincron n scurtcircuit.Elementele componente ale schemei reprezentate n figura nr. 1.13. sunt:- motor asincron n scurtcircuit avnd pe stator trei nfurri construite pentru numrul de poli ;- contactor de linie;- contactoare pentru cuplarea nfurrii de vitez maxim;- transformator pentru alimentarea schemei de comand;- diode redresoare;

Fig. nr. 1.13.- Schema electric de comand prin controler a acionrii cabestanului de ancor cu motor de curent alternativ.

- frna electromagnetic;- contactele controlerului de comand;- buton de avarie;- relee termice pentru protecie la suprasarcin;- sigurane fuzibile pentru protecia schemei de comand.

Situaia elementelor schemei la aplicarea tensiunii de la reea. La aplicarea tensiunii de la reea, controlerul de comand fiind pe poziia zero, este nchis contactul i va fi pus sub tensiune contactorul de linie care i nchide contactele pregtind schema pentru funcionare.Funcionarea: Pe prima poziie VIRA se deschide contactul i se nchid contactele , , , , i Motorul se cupleaz la reea pentru succesiunea normal a fazelor, cu nfurarea corespunztoare numrului de poli i pornete cu viteza minim.Pe poziia 2 VIRA se deschid contactele , i i se nchid contactele , . Se ntrerupe alimentarea nfurrii i se alimenteaz nfurarea corespunztoare pentru . Viteza de rotaie va fi viteza medie.Pe poziia 3 VIRA se nchide n plus contactul care stabilete circuitul de alimentare a contactoarelor i . Prin contactele principale ale acestor contactoare se deconecteaz nfurarea de vitez medie i se conecteaz nfurarea de vitez maxim (). n paralel cu contactul se nchide contactul de automeninere.Pe poziia 4 se menine viteza maxim, dar spre deosebire de poziia 3 pe aceast poziie funcioneaz protecia de suprasarcin. Funcionarea pe poziiile FILA este aceeai, schema fiind simetric. Deosebirea const numai n faptul c n locul contactelor , se nchid contactele , prin care se inverseaz dou faze ale tensiunii de alimentare i se obine n acest fel schimbarea sensului de rotaie.Protecia: Releele termice asigur protecia la cureni maximali. Protecia acioneaz prin contactele normal nchise aflate n circuitul de alimentare a contactorului de linie. La deschiderea unui contact al releelor termice se asigur deconectarea motorului de la reea prin contactorul de linie. Butonul are rolul de a bloca aciunea proteciei n anumite situaii cnd este necesar meninerea n funciune a acionrii pentru o durat scurt de timp, cu riscul care exist n ceea ce privete distrugerea motorului dac se prelungete peste o anumit limit timpul de anulare a proteciei.Protecia la sarcin este realizat de releul d montat n circuitul nfurrii de vitez maxim (). n situaia n care funcionnd cu viteza maxim, controlerul pe poziia 4, apare o suprasarcin care se menine o anumit durat, acioneaz releul d i prin deschiderea contactului se ntrerupe alimentarea contactoarelor , . Ca urmare se deconecteaz automat nfurarea de vitez maxim i se conecteaz nfurarea de vitez medie.Dup trecerea perioadei de suprasarcin pentru a restabili concordana dintre poziia controlerului i viteza motorului se revine pe poziia 2 sau 3 dup cum se dorete meninerea vitezei medii sau trecerea din nou la viteza maxim.Protecia la tensiune minim este asigurat de contactorul de linie .n cazul acionrii cabestanului de ancor cu motor asincron cu trei viteze, de regul, viteza medie este viteza de baz. Viteza minim se folosete la aezarea ancorei n nar iar viteza maxim pentru ridicarea ancorei dup smulgere.Schema de comand cu controler prezentat n figura nr. 1.13. se utilizeaz pentru puteri reduse cuprinse n limitele (6 12) kW. Pentru astfel de puteri comanda cu controler prezint o serie de avantaje: simplitate, siguran n funcionare, greuti i gabarite reduse.n schema prezentat, pe timpul filrii ancorei cu ajutorul dispozitivului electric de acionare, maina electric poate funciona n regim de motor sau n regim de frnare cu recuperare de energie.Regimul de funcionare ca motor poate avea loc n momentul iniial al filrii cnd cuplul dat de greutatea ancorei este mai mic dect cuplul forelor de frecare din mecanismul de transmisie i coborrea ancorei trebuie fcut cu maina electric n regim de motor (coborre n for a sarcinilor mici). De la o anumit adncime, greutatea ancorei i a lanului creeaz un cuplu mai mare dect cel dat de forele de frecare i maina electric trece n regim de generator, dezvoltnd un cuplu de frnare care limiteaz viteza de coborre a ancorei.

1.7.3. Scheme electrice de comand cu relee i contactoare ale acionrii cabestanelor (vinciurilor) de ancor

Schema de comand cu contactoare i relee n curent alternativ a acionrii cabestanului de ancor cu motor asincron cu rotor n scurtcircuit este prezentat n figura nr. 1.14.Pentru realizarea celor trei trepte de vitez n crestturile statorului sunt dispuse dou nfurri separate dintre care una este comutabil. nfurarea comutabil pentru conexiunea triunghi are numrul de poli iar pentru conexiunea dubl stea are numrul de poli , ceea ce corespunde vitezelor sincrone de 375 [rot/min] i 750 [rot/min]. nfurarea necomutabil este realizat cu numrul de poli , corespunztor vitezei sincrone de 1500 [rot/min].Elementele componente ale schemei reprezentate n figura nr. 1.14. sunt:- motor asincron cu rotorul n scurtcircuit cu trei trepte de vitez;- contactoare de cuplare la reea pentru sensurile de rotaie dreapta sau stnga;- contactor pentru conectarea nfurrii comutabile, n triunghi;- contactoare pentru cuplarea nfurrii comutabile n dubl stea; - contactor pentru cuplarea nfurrii necomutabile; - contactor pentru cuplarea bobinei frnei electromagnetice; - releu de tensiune minim; - releu pentru comutare automat de la vitez mare la vitez medie;- releu pentru blocarea aciunii proteciei;- releu de sarcin;- separator cu prghie;

Fig. nr. 1.14.- Schema electric de comand a acionrii cabestanului de ancor cu relee i contactoare pentru motor asincron n scurtcircuit cu trei viteze.

- lamp de semnalizare. Este aprins cnd poziia controlerului corespunde cu viteza motorului i se stinge cnd acioneaz protecia de sarcin;- frna electromagnetic;- contactele controlerului de comand;- buton pentru anularea proteciei;- relee termice pentru protecie maximal de curent;- sigurane fuzibile pentru protecia schemei de comand.Situaia elementelor schemei la aplicarea tensiunii de la reea. Se nchide separatorul pentru aplicarea tensiunii schemei de comand. Controlerul fiind pe poziia zero sunt nchise contactele i . Sunt alimentate releele i care nchid contactele , , ,i deschid contactul . Se aprinde lampa de semnalizare i schema este pregtit pentru funcionare.Funcionarea: Pe poziia 1 VIRA sunt nchise contactele , , i se deschide contactul . Tensiunea de alimentare a schemei de comand se menine prin contactul releului de tensiune minim .Sunt nchise circuitele de alimentare pentru contactoarele i . Contactele principale ale acestor contactoare conecteaz nfurarea comutabil cu conexiunea triunghi () la reeaua de alimentare. Motorul pornete cu viteza minim n sensul virare a ancorei la bord. n poziia 1 a controlerului corespunztoare turaiei minime punctul de funcionare se situeaz pe caracteristica mecanic 1.n poziia 2 VIRA se deschide contactul i se nchid contactele i .Este ntrerupt alimentarea contactorului i se stabilete alimentarea pentru contactoarele n ordinea . Ca urmare se schimb conexiunea nfurrii comutabile din triunghi n dubl stea i corespunztor se modific numrul de poli de la la . Turaia motorului electric va crete de la valoarea minim la valoarea medie.La mutarea controlerului pe poziia 3 se deschid contactele , i se nchide contactul . Fiind deschis i contactul se ntrerupe alimentarea contactoarelor i este alimentat contactorul . Prin aceasta nfurarea comutabil este scoas de sub tensiune i se cupleaz la reea cea de-a doua nfurare, care asigur viteza mare de funcionare a motorului electric. Punctul de funcionare se mut pe caracteristica mecanic 3. Pe poziia 3 a controlerului alimentarea releului este meninut prin propriul contact .Schema fiind simetric, funcionarea pe poziiile FILA ale controlerului este identic.n figura nr. 1.15. sunt prezentate caracteristicile mecanice ale motorului electric corespunztoare celor trei trepte de vitez.

Fig. nr. 1.15- Caracteristicile mecanice ale acionrii cu motor asincron cu trei trepte de vitez.

Aa cum se observ din reprezentarea caracteristicilor mecanice n figura nr 1.15., comutarea triunghi - dubl stea utilizat pentru nfurarea comutabil asigur schimbarea turaiei de la simplu la dublu i reducerea la jumtate a cuplului, meninndu-se constant puterea motorului electric.Aceast soluie este optim pentru acionrile de la bordul navei ntruct prin comutare nu se produc ocuri de curent n reea.Comutarea stea - dubl stea care asigur meninerea aproximativ constant a cuplului i dublarea puterii nu este de preferat n condiiile n care motorul electric de acionare a cabestanului este un consumator mare de putere, iar centrala electric de la bordul navei are putere limitat.Din acelai motiv nfurarea necomutabil pentru viteza mare se realizeaz pentru aceeai putere astfel nct la comutarea treptelor de vitez puterea absorbit de motorul electric din reea rmne constant pentru o anumit valoare a cuplului de sarcin.Caracteristica mecanic 2 corespunztoare vitezei medii reprezint caracteristica de baz pentru funcionarea motorului electric de acionare a cabestanului de ancor. Viteza mic se folosete pentru poziionarea ancorei n nar, iar viteza mare pentru ridicarea ancorei dup smulgere.Protecia:La funcionarea motorului electric cu vitez mare n cazul apariiei unei suprasarcini care se menine o anumit durat, releul de sarcin asigur scderea automat a vitezei. Controlerul de comand fiind pe poziia 3, dac apare o suprasarcin de durat, acioneaz releul i se deschide contactul prin care se ntrerupe alimentarea releului . Prin deschiderea contactului se ntrerupe alimentarea contactorului i prin nchiderea contactului se conecteaz alimentarea contactoarelor i .nfurarea corespunztoare vitezei mari este scoas de sub tensiune i se pune sub tensiune nfurarea comutabil cu conexiunea dubl stea.Motorul electric i va reduce automat viteza de la valoarea mare la valoarea medie. Contactul se deschide i lampa de semnalizare h se stinge indicnd funcionarea proteciei de sarcin ct i faptul c poziia controlerului nu mai este n concordan cu viteza real a motorului electric.Dup trecerea a cteva zeci de secunde releul i nchide din nou contactul ns circuitul releului nu se restabilete ntruct pe poziia 3 a controlerului este deschis contactul .Pentru conectarea din nou a nfurrii de vitez mare este necesar s se revin cu controlerul pe poziia 2 i dup aceea s se treac pe poziia 3. La revenirea pe poziia 2 se nchide circuitul de alimentare al releului i se aprinde lampa indicnd faptul c poziia controlerului este n concordan cu viteza motorului. Protecia maximal de curent este asigurat de releele termice , , . La depirea de durat peste o anumit limit a curentului nominal contactele releelor termice ntrerup funcionarea motorului electric prin deschiderea circuitului de alimentare a releului de tensiune minim. Protecia la tensiune minim este asigurat de releul .n situaiile n care condiiile de exploatare impun ca necesar funcionarea instalaiei chiar cu riscul de a se deteriora, schema este prevzut cu posibilitatea de anulare a proteciei. Prin apsarea pe butonul este alimentat releul care prin contactele i anuleaz protecia de sarcin i protecia maximal. Anularea proteciei dureaz ct timp se ine apsat butonul . Operatorul trebuie s cunoasc c prelungirea timpului de apsare peste o anumit limit duce la arderea motorul electric.Schemele de comand a acionrii cabestanului de ancor cu motoare asincrone n scurtcircuit se ntrebuineaz pentru puteri pn la 60 kW. Pentru puteri mai mari, pn la 100 kW, se utilizeaz motorul asincron cu rotor bobinat. La puteri mari schema de acionare necesit o cantitate sporit de aparataj electric i devine comparabil din punct de vedere al preului de cost cu sistemul generator-motor. n aceast situaie este de preferat sistemul generator-motor care asigur cel mai bine caracteristicile mecanice necesare pentru acionarea cabestanului de ancor, prezint siguran n funcionare i simplitate n exploatare.

Capitolul 2 ACIONAREA ELECTRIC A INSTALAIILOR DE NCRCARE-DESCRCARE

2.1. Destinaie, regimuri de lucru i tipurile mecanismelor navale de ncrcare

Vinciurile de ncrcare i macaralele navale sunt destinate, n principal, pentru lucrrile de ncrcare-descrcare executate la bordul navelor.n construcia navelor moderne se urmrete creterea rentabilitii exploatrii navei care se obine n principal prin reducerea duratei de staionare n porturi pentru operaii de ncrcare-descrcare i micorarea duratei de deplasare ntre dou porturi prin sporirea vitezei de mar. Navele de mrfuri moderne i cele n perspectiv ajung la viteze de 22 [Nd] i se preconizeaz, pentru viitor, viteze de 30-32 [Nd].Dotarea navei cu instalaii moderne de ncrcare-descrcare care s duc la scurtarea duratei acestor lucrri, constituie calea principal de mrire a eficienei economice a navei, avndu-se n vedere c pentru o nav comercial 1/3 pn la 2/3 din perioada de exploatare reprezint durata lucrrilor de ncrcare-descrcare.Mecanismele de ncrcare-descrcare se caracterizeaz prin existena unui numr mare de regimuri de lucru i funcioneaz cu sarcini i viteze care se repet ciclic. Durata unui ciclu const din perioadele n care mecanismul funcioneaz i din pauze. Durata pauzelor depinde de rapiditatea prinderii i desprinderii ncrcturii, felului mrfii (laminate, generale, containere, etc.) i variaz n limite foarte largi. Gama de viteze a acestor mecanisme trebuie s fie foarte mare ntruct, pe de o parte, vitezele mari scurteaz durata ciclului, iar vitezele mici permit aezarea fr ocuri a ncrcturii.Pe baza datelor referitoare la regimurile de funcionare ale mecanismelor de ncrcare-descrcare se pot determina caracteristicile optime de vitez i parametrii regimurilor crora trebuie s le corespund acionarea electric.Mecanismele navei cu acionare electric pentru manevrarea greutilor pot fi clasificate dup:1. destinaie;2. tipul mecanismului de transmisie;3. sistemul de comand;4. dup felul curentului.1. Dup caracterul operaiei ndeplinite (destinaie), se mpart n: vinciuri de ncrcare i macarale pentru mrfurile generale, adic mrfuri transportate n pachete sau palei (baloi), rulouri, cutii, saci, butoaie i de asemenea cherestea, laminate i mrfuri sub form de pulberi (crbune, minereu .a.); vinciurile de ncrcare i macaralele pentru operaii speciale: ridicare alupe sau brci de salvare, ridicare scar de bord, remorcare, ridicare traulere, ascensoare etc..2. Dup tipul mecanismului de transmisie se mpart n vinciuri de ncrcare i macarale cu transmisie mecanic i cu transmisie hidraulic.3. Dup sistemul de comand mecanismele navale de ncrcare se mpart astfel: comand direct prin controler; comand prin relee i contactoare; sistem generator-motor; sisteme cu tranzistoare de putere, tiristoare sau amplificatoare magnetice.4. n funcie de felul curentului se disting mecanisme de ncrcare cu acionri electrice de curent continuu i de curent alternativ.n figura nr. 2.1. este prezentat amplasarea unei instalaii de ncrcare n prova navei.

Fig. nr. 2.1. Amplasarea i componena instalaiei de ncrcare:1-bigile, 2-coloana, 3-gurile de magazie, parma i crligul de sarcin, 4-vinciurile de ncrcare, 5-macaralele.Cele mai rspndite mecanisme navale de ncrcare sunt vinciurile i macaralele.

Vinciurile de ncrcareVinciul de ncrcare este cuplat i cu un vinci de ridicare a bigii fr sarcin necesar stabilirii poziiei iniiale a bigii. Cele dou vinciuri sunt blocate electric, astfel nct nu pot funciona simultan.Vinciurile navale moderne se caracterizeaz prin dimensiuni relativ reduse, forme simple i sunt construcii etane la ap.Unele vinciuri, n afara tamburului principal de sarcin, au tambure auxiliare care pot fi folosite pentru alte manevre, de exemplu pentru ridicarea i coborrea bigilor.Stoparea rapid a vinciului i fixarea poziiei sarcinii atunci cnd motorul electric de acionare este oprit, se realizeaz prin acionarea automat a frnei electromagnetice realizat n cele mai multe cazuri sub forma de frn disc montat pe axul motorului electric.Vinciul de ncrcare cu bigi reprezint o soluie simpl utilizat frecvent pe navele comerciale datorit avantajelor sale comparativ cu alte instalaii de ridicare, privind: posibilitatea de suprancrcare mrit, deservirea unei suprafee mai mari, posibilitatea de a funciona i n condiii de oscilaii reduse ale navei. Ca dezavantaj se poate meniona durata de timp necesar pentru aducerea bigilor n poziia de lucru avnd n vedere c pe timpul marului bigile se aeaz de regul n poziie orizontal n axul navei.

Macaralele de ncrcaren afara vinciurilor de ncrcare cu bigi, pe nave sunt utilizate i macarale. Macaralele sunt prevzute cu mecanisme de ridicare a sarcinii, mecanisme de rotire i mecanisme de basculare a braului macaralei pentru modificarea razei de aciune. Toate aceste mecanisme se pot amplasa att pe punte ct i sub punte, iar motoarele electrice de acionare se amplaseaz pe platforma rotitoare a macaralei primind alimentarea prin ci de curent speciale. Tot echipamentul electric este amplasat pe macara i cele trei mecanisme pot funciona separat sau simultan.Macaralele prezint avantajul c, spre deosebire de vinciurile de ncrcare cu bigi, sunt permanent gata de funcionare. Ele realizeaz cicluri de funcionare mai scurte i deci productivitate mrit. Sunt de asemenea construcii compacte realizate etan la ptrunderea apei. n acelai timp prezint i unele neajunsuri comparativ cu vinciurile de ncrcare, cum ar fi: posibilitate limitat de suprancrcare, suprafaa deservit este mai mic, limitarea lucrului pentru nclinri ale braului mai mici de 5 sau n condiii de oscilaii ale navei.Regimurile de funcionare ale vinciurilor de ncrcare sunt n funcie de caracterul operaiunilor de ncrcare i de felul sarcinii. Operaiunile de ncrcare se pot efectua cu o big sau cu dou bigi.Dac n timpul operaiunilor lucreaz o singur big, ridicarea i coborrea sarcinii se efectueaz cu ajutorul vinciului iar deplasarea pe orizontal se face manual sau cu ajutorul unui alt vinci. n acest caz, se ridic mai nti sarcina, apoi se deplaseaz pe orizontal, dup care se coboar. Dup eliberarea sarcinii crligul gol se deplaseaz n sens invers.La efectuarea operaiunilor de ncrcare-descrcare cu ajutorul a dou bigi, una din ele se aduce deasupra gurii de magazie iar cealalt deasupra locului de pe mal n care se depune sarcina. Ambele capete ale parmelor celor dou vinciuri se leag la acelai crlig. n figura nr. 2.2 este prezentat amplasarea bigilor 1 i 2 n timpul ncrcrii navei prin acest sistem i traiectoria sarcinii.

Fig. nr. 2.2. Amplasarea bigilor i traiectoria de micare a sarcinii pe timpul lucrului cu dou bigi: a) - amplasarea bigilor; b) - traiectoria ncrcturii.

Operaiunea de ncrcare se efectueaz n urmtoarea succesiune. Vinciul 1 ridic sarcina n timp ce vinciul 2 elibereaz parma de manevr. Dup ce sarcina a fost ridicat, vinciul 2 trage parma de manevr deplasnd sarcina pe orizontal n timp ce vinciul 1 elibereaz uor parma. Dup deplasarea sarcinii pe orizontal pn n dreptul gurii de magazie, vinciul 2 coboar sarcina n magazie n timp ce vinciul 1 fileaz parma.Mecanismelor navale moderne destinate pentru operaiunile de ncrcare-descrcare li se cere s asigure: productivitate mare, siguran n funcionare, simplitatea deservirii i a conducerii, economicitate, greutate i gabarite mici, simplitatea montrii.Productivitatea vinciului de ncrcare se apreciaz dup cantitatea de marf ncrcat n timp de o or.Prin sigurana n funcionare se nelege o funcionare fr ntrerupere a vinciului de ncrcat. Pentru aceasta este necesar ca instalaia s funcioneze sigur att din punct de vedere al dispozitivelor electrice ct i mecanice.Deservirea simpl presupune accesul comod la piesele care trebuie observate, reglate, curite, unse, reparaii i nlocuiri simple precum i o schem electric simpl.Prin simplitatea conducerii se nelege punerea uoar n funciune i posibilitatea deservirii de ctre personal fr o calificare deosebit.Economicitate nseamn pre de cost redus, reparaii cu costuri mici i funcionarea instalaiei de ncrcare cu randament ridicat.Simplitatea montrii se asigur prin dispunerea ntregii instalaii pe o plac comun, astfel nct s fie montat uor la bordul navei.n figura nr. 2.3. este prezentat schema cinematic a vinciului cu transmisie mecanic.Fig. nr. 2.3. Schema cinematic a sarcin a acionrii vinciuluide ncrcare descrcare.Motorul electric (M) este cuplat cu axul de intrare al reductorului prin intermediul unui cuplaj elestic (C.E.). Pe axul reductorului este dispus o frn electromagnetic cu band (F.B.). Reductorul este realizat cu trei trepte cu perechi de roi dinate cilindrice.Ultima treapt a reductorului este cuplat cu axul vinciului de ncrcare prin intermediul a dou perechi de roi dinate cilindrice Z5 i Z6. Arborele vinciului fiind ntrerupt, decuplarea tamburului de sarcin de la transmisie se face prin cuplajul cu ghiare (C.G.), ceea ce permite efectuarea de manevre de legare a navei cu ajutorul tamburului de legare (T.L.) din babord.Axul tamburului de sarcin se rotete pe patru lagre, care sunt supuse la sarcina determinat de foradin parm. Coeficientul de transmisie total al reductorului vinciului, se determin ca produsul coeficienilor de transmisie al treptelor de reducie , i : ,unde:

cu respectivnotndu-se diametrul i numrul de dini ale roilor dinate cilindrice.

1. Viteza unghiular a tamburului de sarcin [rad/s] se determin din expresia: , unde :