第八章锚机

91第八章电动起锚机的自动控制第一节锚机的电力拖动与控制锚机是船舶所必须的重要设备，用于船舶安全停泊在水面或系泊在码头上。锚机和绞缆机通常做成联动机组。根据所用动力不同，锚机及绞缆机可分为汽动、电动、电动－液压和内燃机驱动等几种，目前以电动锚机应用最广。起锚机有立式和卧式两种。它除了用于抛锚和起锚外，还可用作系缆。起锚机有正常起锚和应急起锚两种工作状态。一、正常起锚的全过程(见图8-1-1)1.第一阶段:收起躺在海底的锚链将主令控制器手柄扳到起锚位置，电动机以全速收起躺在海底的一段锚链。此时电动机轴上的负载力矩Mf=Mf1不变，船舶在锚机的拉力作用下移近抛锚点，锚链的垂直部分形状不变。2.第二阶段:收紧锚链锚爪在抓住泥土，锚机将锚链拉紧，船在此力的作用下前进，电动机的负载力矩逐渐增大(Mf=Mf1～Mf2)，转速下降。3.第三阶段:拔锚出土在锚链拉紧后，靠船舶前进的惯性拔锚出土。若锚不能拔出，则电动机会发生堵转，电动机仃止转动，电流增大。为了防止电动机因堵转而损坏，要求电动机有软的机械特性，即保持电动机的堵转力矩为额定转矩的两倍。堵转的时间不允许超过一分钟。为防止堵转时间过长，常要求动车“慢速前进”以靠推进器推动船舶前进来拔锚出土。4.第四阶段:收起悬于水中的锚及锚链锚出土后，电动机的负载力矩突然降低到Mf3，而其转速增加，随着锚链不断缩短，电动机的负载力矩也逐渐降低到Mf4。此后，操作人员要向驾驶员报告所余的锚链数。5.第五阶段:将锚链拉入锚链孔中在操作人员打钟报告锚已出水后，就用低速档小心地将锚收进锚链孔中。在拉锚入孔时，由于摩擦电动机的负载力矩增大到Mf5。起锚完毕后，用止链器刹住锚链。起锚过程的各阶段电动机的阻力矩变化如图8-1-2所示，与此相对应的电动机实际所发挥的转矩曲线即负载图如图8-1-3所示。从图8-1-3可见，起单锚的总时间为T，因此，图8-1-1正常起锚过程示意图92若正常的抛锚深度为100米，依次起双锚的时间为2T，则电动机的工作时间约为30分钟，故起锚电动机通常选用30分钟短时工作制的电动机。6.抛锚抛锚时，若抛锚处海水不深，则可松开锚机的止链器，依靠锚及锚链的自身重量来实现。但在水深超过50米时，应采用电动抛锚，使锚等速下落。二、应急起锚若抛锚处水深大于锚链全长，则锚将达不到海底，这时应使用锚机电动机将悬于水中的锚及锚链(约200米)收起，这时电动机的工作状态不同于正常情况，故称应急起锚状态，其负载图如图8-1-4所示。三、对锚机电力拖动的要求1.应能满足在给定的航区内，单锚出土后能起双锚。2.能在最大负载力矩下起动运行，即在应急起锚时，电动机能起动运行。电动机的工作定额应不小于30分钟，且能满足在30分钟内起动25次。3.电动机要有软的或下坠的机械特性，其堵转力矩应为额定力矩的两倍。4.电动机应能在堵转状态下工作一分钟左右。5.电动机应有一定的调速范围。按规定，锚破土后起锚速度:单锚不小于12米/分，双锚不小于8米/分。拉锚入孔的速度一般为3～4米/分。6.要求起锚设备重量轻，成本低，调速平滑，控制简单，操作方便。四、起锚机控制线路的特点在交流船舶上，起锚机一般采用变极调速异步电动机、F-D系统、电动-液压系统等型式。近来可控硅--直流电动机调速系统也逐步应用到起锚机电力拖动中。L0-躺在海底的锚链长度；L-悬链总长度；H-抛锚深度；S-锚链孔离水面距离图8-1-2电动机各阶段负载力矩曲线t1-收起L0的时间；t2-收紧锚链的时间；t3-拔锚出土的时间；t4-收起悬于水中的锚及锚链时间；t5-拉锚入孔时间；M1～M5-电动机发挥的力矩；Mdz-电动机堵转力矩图8-1-3正常起锚时电动机的负载图图8-1-4应急起锚时电动机的负载图93起锚机的控制电路一般有如下特点:1.用主令控制器来接通继电器、接触器对电动机进行正转、反转和调速控制。2.当主令控制器手柄从零位突然扳到高速档时，控制线路应具有自动逐级起动环节。3.控制线路应适应电动机能堵转一分钟的要求。4.在深水抛锚时，控制线路应有再生制动和能耗制动的环节，实现等速抛锚。5.控制线路应有短路保护、失压保护、过载保护等保护环节。6.控制线路应有电气及机械相配合的制动环节，以便能快速仃车。第二节电动起锚机控制线路目前我国交流锚机广泛应用多速变极异步电动机拖动。如16/8/4极三速二绕组鼠笼式异步电动机的4极高速绕组单独一套，如图8-2-1（a）所示，采用星形接法：4U、4V、4W分别接电源，8U、8V、8W和16U1、16U2、16V、16W开路。其中速和低速合用一套绕组，低速时采用三角形接法为16极，如图8-2-1（C）所示，16U1、16U2连接后和16V、16W分别接电源，8U、8V、8W和4U、4V、4W开路。中速8极采用双星形接法，如图8-2-1（b）所示，8U、8V、8W分别接电源，16U1、16U2、16V、16W合并短接，4U、4V、4W开路。交流三速锚机电动机的控制电路如图8-2-2所示。其动作原理分析如下：1．起动和运转合上电源开关QS和控制开关SA(5)，则主令控制器的电源指示灯HL(5)亮，表示电网已供电。因主令控制器置零位，其触头SA1（6）闭合，故零压继电器KA2(6)有电，其常开触头KA2（7）闭合自锁，并接通控制电路的电源和整流电源。此时，时间继电器KT1（18）通电，触头KT1（14）瞬时断开，切断KM5（13）回路；KT2（19）通电，KT2（4）触头瞬时闭合，短接过电流继电器KA1(4)。KT3(20)通电，KT3(22)瞬时闭合，为直流电磁制动器吸合线圈YB（21）通电做准备。2．起锚一档当主令控制器手柄扳到起锚一档时，触头SA2(8)、SA4(10)、SA7(17)闭合，SA2(8)闭合、图8-2-116/8/4极三速二绕组异步电动机绕组接线示意图94使起锚继电器KM1（8）线圈通电，主触头KM1（2）闭合，为电动机起锚做好准备。辅助触头KM1(9)断开起互锁作用；SA7（17）闭合，由于KM1（17）闭合，制动接触器KM6（17）通电，其触头KM6（21）闭合，直流电磁制动器线圈YB（21）因得到全电压，立即强励快速释放电动机轴。同时，由于触头KM6（20）断开，使时间继电器KT3（20）立即失电，其触头KT3（22）延时不大于1S断开，使经济电阻R3串入电磁制动器线圈的电路中，以减少线圈电流的热损耗；SA4（10）闭合，低速接触器KM3（10）通电，其主触头KM3（1）闭合，电动机低速起锚，其常闭触头打开，分别锁住中速和高速接触器，防止误动作。3．起锚二档当主令控制器手柄扳到起锚第二档时，触头SA2(8)、SA7(17)、SA5(11)闭合，SA4(10)断开。低速接触器KM3（10）失点。中速接触器KM4-2（12）、KM4-1（11）相继通电，电动机接成双星形进行中速运转。同时，时间继电器KT1（18）因触头KM4-1（18）断开而失电，其触头KT1（14）延时2s闭合，为进入高速起锚做准备。4．起锚三档当主令控制器扳到起锚第三档时，触头SA2(8)、SA7(17)、SA5(11)、SA6(13)闭合，高速接触器KM5（13）通电，其主触头闭合，电动机的另一套星形绕组接通电源，电动机进入高速起锚，辅助触头KM5(13)闭合自锁；KM5（10）断开，锁住低速和中速接触器支路；KM5(19)断开，使KT2（19）失电，其触头KT2（4）延时2.5S断开，此时间是电动机高速起动的整定时间，在此时间内触头KT2（4）闭合，避免过电流继电器KA1（4）动作，使电动机能够高速起动，当起动完毕后，触头KT2（4）打开，使KA1（4）起到高速运行过载保护作用。当高速运行过载时，过电流继电器KA1（4）动作，触头KA1(16)闭合，中间继电器KA3(16)通电，触头KA3(15)闭合自锁，触头KA3（13）断开，使KM5（13）失电，电动机退出高速运转。同时，辅助触头KM5（10）闭合，使KM4-2（12）、KM4-1（11）相继通电，电动机自动退换到中速运转。5．从零档直接到起锚三档如果主令控制器手柄由零位直接扳到起锚第三档时，则KM4-2、KM4-1先通电，电动机直接中速起动，然后经过时间继电器KT2延时后，高速接触器KM5才通电，从而转换到高速运转。6．抛锚抛锚时控制电路工作过程与起锚时基本相同，只是抛锚接触器KM2通电，电动机反转，深水抛锚时，在锚和锚链自重作用下，电动机将进入再生制动状态。7．紧急操作SB（7）为紧急操作按钮，当电动机在中低档运行过载时，热继电器FR1、FR2触头断开，在紧急情况下，按SB（7），可迫使电动机在低速或中速档运行。8．电动机的停止当主令控制器手柄扳到零位时，各接触器线圈都失电，其主触头皆断开，同时，电磁制动器线圈断点，线圈中的储能迅速通过二极管V2（22）和放电电阻R4放电而开始制动，使电动机迅速停止运转。95图8-2-2交流三速锚机电动机控制电路图96思考题1.对锚机电力拖动有哪些要求？2.对锚机控制线路有哪些要求？3.起锚时如直接将主令控制器从零位推到三速系统如何动作？4.抛锚时如直接将主令控制器从零位推到三速系统如何动作？