Разработка логической схемы управления двустворчатых ворот судоходного шлюза
имею редукторы или гидравлические передачи и тяговые органы. В качестве
последних применяются цепные, тросовые, кривошипно-шатунные,штангово-
цепные и штанговые устройства.
Гидравлические передачи используют как для изменения передаточного
числа и скорости движения рабочего органа, так и для получения
необходимого вида механической характеристики привода. В гидравлических
передачах рабочем телом является жидкость, свойства которой и определяют
особенности этого типа передач.
Как и в любой передаче, в гидравлической также имеются входное и
выходное звенья: первым может быть вал насоса,вторым - поступательно
перемещающийся поршень в гидроцилиндре.
Гидравлические передачи делятся на гидростатические ( объемного
действия ) и гидродинамические. В первых давление, создаваемое насосом,
передается через жидкость как рабочее тело на исполнительный орган, во
вторых жидкость приводится во вращательное движение ведущим звеном и
увлекает за собой ведомое.
Мощность гидростатических систем в основном определяется давлением
жидкости, и расход ее сравнительно невелик. Гидродинамические системы,
наоборот, характеризуются большим расходом жидкости и малым статическим
давлением.
Гидростатические передачи, способные обеспечить большие передаточные
числа и преобразовать вид движения, получили преимущественное применение
на водном транспорте. Выходные звенья этих передач могут иметь возвратно-
поступательное, вращательное или возвратно-поворотное движение (
соответственно силовые гидроцилиндры, гидромоторы, моментные гидроцилиндры
).
На рисунке 6 представлена простейшая гидропередача, преобразующая вид
движения. Давление, создаваемое насосом 1, с помощью распределителя 2
передается правой или левой полости цилиндра 3, обеспечивая необходимое
направление движения рабочего органа. Дросселированием, т.е. отводом части
жидкости с помощью дросселя 4 в емкость 5 по сливной магистрали, можно
управлять скоростью движения поршня. Скорость движения рабочего органа
можно изменять также регулированием насосной утановки.
Гидравлические передачи имеют ряд достоинств, обеспечивающих их широкое
применение в промышленности и на транспорте:
возможность различного расположения узлов и элементов;
сравнительная легкость изменения направления движения рабочего органа;
простота защиты установки и рабочих органов от перегрузки;
бесшумность работы;
малая масса на единицу мощности;
простота преобразования вращательного движения в поступательное и
обеспечение больших передаточных чисел в объемных передачах.
Основными недостатками этих передач являются; сложности прокладки
трубопроводных коммуникаций; большие потери давления и утечки
жидкости в уплотнениях; зависимость характеристик систем от
температуры жидкости и ее
вязкости.
Тяговые органы служат для соединения приводного механизма с рабочим
органом, т. е. с воротами или затворами шлюзов.Тяговые органы работают в
исключительно тяжелых условиях, особенно в подъемных механизмах,где часто
они находятся в воде и трудно доступны для обслуживания. Учитывая
неравномерность нагрузки и тяжелые условия их работы, при проектировании
тяговых органов стремятся обеспечить им прочность и надежность.
1.3. Основные свойства электрофицируемых механизмов гидротехнических
сооружений.
Электрифицируемые механизмы гидротехнических сооружений работают в
условиях, отличающихся влажностью ( 100 %), большими перепадами
температуры ( 20-50оС ),значительными колебаниями нагрузки и длительными
перерывами в работе ( при шлюзовании и особенно в межнавигационный период
). Для обеспечения безаварийной работы эти механизмы должны быть
достаточно прочными, долговечными и надежными в эксплуатации. Кроме того,
они должны иметь высокие технико-экономические показатели.
Перечисленные требования распространяются и на электрическое
оборудование.
Главные нагрузки, действующие на электроприводы основных механизмов
гидротехнических сооружений, создаются:
собственным весом перемещаемых устройств;
давлением воды и ветра на них.
Кроме этого, могут возникнуть случайные нагрузки, вызванные навалом
свободно плавающих предметов и шлюзуемых судов, обледенением, ледоходом и
т. п.
Указанные нагрузки, веса устройств, не остаются неизменными в процессе
работ, поэтому все расчеты выполняются для двух возможных их сочетаний:
основного и особого. В основное сочетание включают нагрузки, действующие
постоянно при работе механизма, в особое - главные и случайные ( удары
топляков, заклинивание, ледоход и т. п.). Сочетания нагрузок выбирают в
соответствии с практической возможностью одновременного их воздействия как
на привод в целом, так и на отдельные его элементы. Нагрузки определяют
для статического и динамического режимов работы.
По действующим в системе нагрузкам рассчитывают соответствующие им
моменты и суммированием последних вычисляют результирующие моменты
сопротивления движению Мс.
При определении момента сопротивления нагрузки от навала свободно
плавающих предметов и шлюзуемых судов, а также от обледенения и ледоходов
можно не учитывать, пологая их выходящими за пределы максимального момента
привода и регламентирующими лишь прочность конструкции электрифицируемого
устройства.
При этом например, для двустворчатых ворот с тросовыми, цепными,
штанговыми и штангово-цепными передачами моменты ( в Н*м ) от действующих
нагрузок приближенно будут такими:
а) от веса системы ( момент трения в пяте и гвльсбанде )
Мтр=23Fиfrи+Fгfrг,
где Fг и Fи - реакция в пяте и гальсбане, Н;
f - коэффициент трения;
rи, rг - радиус пяты и гальсбана, м;
б) от гидростатического и гидродинамического давления воды на створку
Мг=0,5Yhl2Dh+0,15rhl2*q2
где Y - вес единицы объема воды, Н/м3;
h - заглубление створки, м;
l - длинна створки, м;
Dh - перепад уровней воды, м; r - плотность воды, кг/м3: q - скорость
движения створки, м/с:
в) от действия ветра
Мв=Fвl/2,
где Fв - сила ветра,действующая на створку, Н;
l - длина створки, м.
Момент сопротивления будет равен
Мс=Мтр+Мг+Мв.
В динамическом режиме работы, кроме перечисленного, учитывают
дополнительный момент ( в Н*м ) от сил инерции створки:
Ми=Jw/t,
где J - момент инерции створки, кг*м2;
w - угловая скорость движения створки, с-1;
t - время динамического режима, с;
Момент сопротивления движению подъемно-опускных ворот ( затворов )
создается главным образом весом ворот и сопротивлением трения в опорно-
ходовых и закладных частях. Составляющие момента сопротивления ( в Н*м )
можно определить следующим образом:
а) от собственного веса ворот ( затвора )
Мв=GRб,
где G - вес ворот с тяговым устройством, Н;
Rб - радиус барабана подъемной лебедки, м;
б) от трения в опорно-ходовых и закладных частях
Мтр=f1PRб+f2DPRб,
где f1, f2 - коэффициент трения опорного устройства и уплотнения;
P и DP - силы гидростатического давления на ворота и на закладные
части, Н.
При этом Мс=Мв+Мтр. Для привода затворов галерей,кроме указанных
нагрузок, учитывают момент, создаваемый вертикальным давлением воды:
Мверт=YSRб( Hв-fоНн ),
где S - площадь затвора,м2;
Hв, Нн - напор на верхнюю и нижнюю ( выпор ) поверхности затвора,м;
fо - коэффициент подсоса.
1.4 Элементы электрического оборудования шлюзов.
Электрическое оборудование, обеспечивающее четкую и надежную работу
гидротехнических сооружений, условно можно разделить на три основных
группы: силовое электрооборудование приводов, электрические аппараты и
системы управления, элементы и устройства электроснабжения.
1.4.а. Силовое оборудование приводов. К силовому электрооборудованию
прежде всего относят электрические двигатели и электрические приводы
тормозов.
Электрические двигатели. К электрическим двигателям гидротехнических
сооружений предъявляются высокие требования в отношении обеспечение
нормальной работы в условиях резких колебаний нагрузки, температуры
окружающей среды и повышенной влажности. На гидротехнических сооружениях
применялись исключительно крановые электродвигатели переменного тока с
короткозамкнутым и фазным ротором серии МТК и МТ специального исполнения,
обладающие достаточно высокой перегрузочной способностью и механической
стойкостью. От обычных они отличаются тем, что обмотка статора их при
изготовлении подвергается вакуумной пропитке изоляционным влагостойким
компаундом, а в подшипниковых щитах имеются вентиляционные отверстия,
предназначенные для предотвращения появления конденсата внутри двигателя.
В настоящее время на гидротехнических сооружениях получают
распространение и крановые двигатели серий МТКВ МТВ с изоляцией класса В,
допускающей увеличение номинальной мощности двигателя при прежних
габаритных размерах.
Из - за отсутствия крановых двигателей необходимой мощности стали
применяться двигатели общепромышленного назначения. Однако эти двигатели
менее надежны в эксплуатации, хуже работают в условиях гидротехнических
сооружений, обладают меньшей перегрузочной способностью.
Режим работы двигателей гидротехнических сооружений, как правило,
кратковременный с ярко выраженной цикличностью работы. Продолжительность
цикла в зависимости от вида сооружения и характера работы составляет 30
-60 минут. Продолжительность работы двигателей в цикле при этом колеблется
от одной до 6 - 8 минут.
Электрические приводы тормозов. Большинство механизмов гидротехнических
сооружений снабжают тормозами закрытого типа, как правило, колодочными.
Тормоза служат для удержания подъемноопускных устройств в поднятом
положении, а поворотных в строго фиксированном положении. Кроме того, с
помощью тормоза можно сократить тормозной путь
- выбег механизма. Особенно высокие требования предъявляются к тормоза
многодвигателтельных систем, где необходима одинаковая эффективность
действия тормозов для сохранения синхронизации и последовательности
движения элементов.
Для приведения в действие механических тормозов применяются
длинноходовые электромагниты серии МО и электрогидравлические толкатели
серии ЭГП.
1.4.б. Электрические аппараты системы управления. Эта группа объединяет
аппараты коммутации и защиты, аппараты технологической последовательности
и блокировок, контроля и сигнализации. Кроме управления основными
механизмами и процессами, специальные системы этой группы аппаратов
обеспечивают информацию о состоянии наиболее ответственных элементов и
режимах работы и осуществляют регулирование движения судов.
Коммутационные аппараты. Для коммутации силовых цепей гидротех-
нических сооружений применяются в основном электромагнитные контакторы
серии КТ. Бесконтактные ( полупроводниковые ) контакторы тока используют
лишь в опытном порядке с тиристорными станциями управления.
Аппараты защиты. На шлюзах применяются максимальная токовая и
минимальная защита. Для максимальной токовой защиты двигателей ворот и
затворов обычно используют электромагнитные или индукционные реле
максимального тока серии РЭ и ИТ, Для защиты от перегрузок электротепловые
реле ТР, для минимальной защиты - реле напряжения.
Реле промежуточное используется для подготовки цепей управления к
заданным операциям ( например, цикловому или раздельному управлению ).
Кроме того, промежуточные реле в некоторых случаях позволяют сократить
число контактов, включаемых в цепь управления. Например, вместо того чтобы
включить кнопку " Стоп " всех постов управления в цепь управления, можно
включить их цепь катушки промежуточного реле. При нажатии любой из этих
кнопок размыкаются контакты этих реле в цепи управления и происходит
остановка привода. В качестве промежуточных реле широкое применение
находят реле серии РП.
Реле времени служат для управления контакторами ускорения, а также в
других случаях, когда необходимо, чтобы между двумя операциями был
определенный промежуток времени. Для этих целей на водных путях в основном
используются электромеханические реле с приводом на переменном токе и
электромагнитные реле времени постоянного тока.
Кнопки и ключи управления применяются общего назначения, рассчитанные
на работу в условиях повышенной влажности.
Путевые выключатели. На шлюзах черезвычайно распространены путевые
выключатели. Они служат для отключения двигателей при достижении затворами
конечных и предельных положений, а также для блокировок. Различают путевые
выключатели двух типов: блок - аппараты и конечные выключатели. Первые, по
своему устройству подобные командоконтроллерам, являются средством
управления и блокировок в функции пути, а вторые, обычно рычажного типа,
устанавливаются для срабатывания в конце пути.
На гидротехнических сооружениях находят применение и бесконтактные
выключатели, работа которых основана на изменении их индуктивного или
емкостного сопротивления при перемещении подвижного якоря. Такие
выключатели малогабаритны, герметичны, с успехом работают в агрессивной
среде, и в частности в подводных частях сооружений.
Панели и пульты. Аппаратуру управления и защиты располагают, как
правило, на контакторных панелях, собранных из прямоугольных изоляционных
плит и укрепленных на угловых стойках. Коммутационную аппаратуру, реле
управления и защиты устанавливают на лицевой стороне с выводом защиты для
монтажа с обратной стороны панелей, где находятся измерительные
трансформаторы и пускорегулирующие резисторы. Размещение чувствительных
реле на контактных панелях в непосредственной близости от мощных
контакторов имеет существенный недостаток, заключающийся в ложных
срабатываниях реле от вибрации, вызываемой включением и выключением
контакторов. Поэтому на современных шлюзах чувствительную аппаратуру
управления располагают на отдельных панелях, называемых панелями
автоматики. Командоаппараты и приборы технологического контроля и
сигнализации устанавливают в полном объеме на центральном или в
сокращенном на местном пультах управления. Все приборы и устройства на
центральном пульте управления размещают в соответствии с мнемонической
схемой объекта. Центральный пульт находится в отдельном помещении, чтобы
обеспечить оператору хорошую видимость объекта. Местный пульт обычно
устанавливают непосредственно около управляемого механизма и снабжают
запирающейся крышкой.
1.4.в Оперативная сигнализация. К числу основных устройств сигнализации
и контроля относятся устройства производственной ( оперативной, поисковой
и аварийной ) сигнализаций. Среди них наиболее заметное место занимает
оперативная сигнализация.
Для успешной работы оператор шлюза должен иметь возможность в любое
время установить, в каком положении находятся ворота и затвор ( насколько
они открыты или закрыты ), а также каковы уровни воды в камере и обоих
бьефах. Для этой цели применяется оперативная указательная ( индикаторная
) сигнализация. На (рисунке 6,а и б) изображены показатели положения
подъемно - опускных и двустворчатых ворот. Основу указателей составляют
сельсины, образующие систему синхронной связи (см. п. 30 ).
С приводом ворот связан ротор сельсина - датчика, который
поворачивается при их перемещении. При этом поворачивается и ротор
сельсина приемника, электрически соединенного с сельсином - датчиком. С
сельсином - приемником, находящемся на центральном пульте управления,
связан указатель, который и отражает положение ворот.
Указатель уровня воды в камере работает следующим образом. На одной из
голов шлюза устанавливают колодец, сообщающийся с камерой, в который
помещают поплавок, закрепленный на тросе и уравновешенный противовесом.
При изменении уровня воды в камере поплавок поднимается или опускается,
отчего начинает вращаются ролик, охватываемый тросом. Это вращение
передается через редуктор сельсину - датчику и через сельсин - приемник
отражается на экране стрелочного, ленточного или цифрового указателя.
Аналогично работают и указатели уровня воды в бьефах.
Как известно, дифференциальный сельсин - приемник позволяет определить
угол рассогласования между роторами двух сельсинов - датчиков. Этот
принцып положен в основу работы указателей ( индикаторов ) разности
уровней воды в камере, верхнем или нижнем бьефах и указателей перекоса
затвора.
Обмотка статора дифференциального сельсина - указателя разности уровней
получает питание от ротора сельсина - датчика, угол поворота которого
зависит от уровня воды в бьефе ( верхнем или нижнем ), а обмотка ротора
включена на зажимы ротора датчика, угол поворота которого зависит от
уровня воды в камере. Указатель разности уровней воды необходим для
управления воротами шлюза.
Указатель перекоса предусматривают, если затвор поднимается и
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
|